水泥磨料流調控方法的研究與應用

① 低水泥澆注料的現狀與發展 求一篇畢業論文

水泥窯用耐火材料的應用現狀與發展

古城爐料新型水泥窯用耐火材料介紹

河南省新鄭市古城冶金爐料廠堅持科技創新，依靠科技進步不斷提升產品質量和檔次，以滿足各類大型水泥企業不斷追求提高設備運轉率、降低生產成本的內在需求，產品在市場上供不應求。2005年以來，廠內就瞄準了水泥企業的發展機遇，確立了依靠科技創新，走高端市場的發展思路，與國家級科研單位——洛陽耐火材料研究所、北京建築科學研究院等國內知名科研院所建立起科研合作關系，對公司產品進行了全面優化和提升。古城牌耐火材料已形成六大系列60個品種，產品先後進入一些大型水泥企業。

為了不斷提升古城牌耐火材料的內在品質，公司以國外先進指標為參照值，制訂出高於國家標準的企業產品標准體系，並以此作為科研開發的方向和產品質量考核的標准。與此同時，公司科研人員聯合有關專家，對各種耐火材料的上百種配方進行科學對比研究和性能測試，以提高產品使用效果。在原料選用上，公司堅持選用優質原料組織生產。這些措施的採用使古城牌耐火材料的防爆、耐磨及熱穩定性能遠遠優於國家頒布的《水泥窯用耐火材料使用規范》所規定的指標。

第一部分

古城爐料現代機立窯節能型襯里技術與實踐

機立窯水泥企業是中國水泥工業的特色，隨著國家產業政策的調整，環保執法的力度加大，以及ISO新標準的實施，對立窯企業將是一個嚴竣的挑戰，因此立窯企業只有加大科技投入力度，依靠合理的生產工藝、先進的生產設備、科學的管理方法，徹底的粉塵治理，才能夠以低成本的投入，實現優質、高產低消耗（即各種生產指標、經濟效益）達到現代化的水泥生產要求，立窯企業才有生存空間。

機立窯是我國建材工業中大量消耗能源的窯爐之一，節約能源顯得十分重要。十幾年來隨著機械化立窯的不斷發展，對優質耐火材料的需求也日益迫切，這種市場需求，有力地促進了我所在耐火材料方面的研究更進一步，並向優質高效、多品種、系列化發展，在提高質量、發展品種方面又取得了一定的成績。至今在全國400多機立窯廠家使用實踐表明，可降熱耗15—20%，且改善操作工況，為高產優質創造良好的條件。

第一章：立窯窯襯的作用及機理

一. 窯襯的作用

1.保護筒體

立窯是一個高溫煅燒設備，料球在燒成帶的煅燒溫度達到1450℃，然而立窯筒體只是一個用一厘米厚的鋼板卷製成的外殼，必須要求具有一定強度和密封性能的窯襯材料來保護它，共同承擔來自窯內物料和氣體的高溫、高壓、腐蝕、磨損作用，以完成物料在窯內的一系列物理化學變化過程。

2.減少熱損失

每生產一噸熟料，需要消耗發熱量為5500×4.18KJ/kg的實物煤146～200公斤，這其中真正用於熟料煅燒的用煤約80公斤，即：理論熱耗僅佔51%；另外，蒸發料球水分的熱耗佔15.8%、熟料帶走6.5%、煙氣帶走5.2%，其餘22.55%為包括「窯壁散熱」在內的各種熱損失。因此，窯襯材料的隔熱保溫對於立窯煅燒節能十分重要。

3.穩定熱工制度

在立窯內，物料主要依靠自重作垂直向下運動，相互之間交叉換位較少，造成料球受熱不均；加上窯體結構帶來的先天不足，如：「邊風過剩、中心通風不良」及窯壁散熱損失等原因，使中部需要熱量少、邊部需要熱量多，在立窯的同一斷面上，煅燒所需要的熱量是不一樣的，一般情況下，邊部比中部多需要（300～500）×4.18KJ/kg，這給生產工藝及煅燒操作帶來難度。從傳熱角度考慮，優化窯襯材料、強化隔熱保溫效果、減少窯壁散熱損失，是均衡立窯斷面熱力強度、穩定熱工制度的最佳選擇。

4．改善立窯煅燒狀態

窯體內壁的形狀由窯襯材料砌築所決定，它直接影響著窯內風、料、煤的動態三平衡。上部預燒帶的喇叭口角度、下部冷卻帶的倒喇叭口和倒階梯形式，對控制立窯煅燒過程中的加料速度、上火速度、卸料速度三平衡至關重要。它不僅引導邊風向窯中心移動、強化中心通風，而且在冷卻帶逐步擴大物料之間的空隙率，減小通風阻力、預熱底風、改善熟料質量；近年來研製的新型節能窯襯材料，配套合理、熱阻增大，還可以適當減薄立窯襯里厚度，在窯體規格不變的情況下，擴大窯內有效容積，提高單機生產能力及熟料台時產量。

二. 立窯對窯襯材料的要求

常用的窯襯材料實際上是由三部分組成：耐火材料、隔熱保溫材料和膠結材料。

1.耐火材料

①抗高溫熱力損失：耐火度不低於1580℃的無機非金屬材料及製品稱之為耐火材料。在窯內高溫作用下，不軟化、不溶化；在正常或不正常的情況下，都能保持一定的結構強度和體積密度的穩定性。這種耐火材料砌築的窯體襯里，才能維持正常的操作和生產。

②抗酸鹼化學侵蝕：物料在窯內的煅燒過程，要經過一系列各種復雜的物理化學反應，不同部位產生的酸性氣體或鹼性熔渣都會侵蝕窯襯。尤其是燒成帶，反應物料在高溫下出現液相，對耐火材料的化學侵蝕作用更為強烈。因此要求材料不能參與化學反應，不出現粘料現象。

③抗物料運動磨損：立窯煅燒過程中，物料從由上到下、從低溫到高溫、再到低溫不停地運動。窯體內壁的襯里始終經受著物料的運動磨損，尤其是煅燒後形成的熟料磨琢性較強，對襯里的磨損更為嚴重。因此，砌築在窯體內壁的耐火材料必須具備較強的抗磨能力。

④規范的外形尺寸：耐火材料的砌築質量對立窯煅燒過程有著重要影響。立窯內壁不圓，煅燒時容易引起「偏火」現象；磚面不平、接觸不緊密，在窯內底火位置不穩定時，由於熱震現象會發生襯里松動，降低使用壽命和窯體熱損失增加等等。因此，耐火磚的形狀和外形尺寸一定要規范和准確，這是保證砌築質量最基本的條件。

GC-75高強耐磨磚 100mm

本產品採用多種規格的高鋁熟料，並加入復合鋁系超微粉和納米級的硅微粉，使成品磚中氧化鋁的含量達到75%以上，進一步提高了產品的抗侵蝕能力，延長了耐磨磚的使用壽命，使用時間達到一年以上，最高可達兩年。

性 能

performance
SA

化 學 成 份chemical composition
Al2O3, %
≥75

Fe2O3, %
≤3.2

CaO, %
≤0.6

耐壓強度 MPa cold crushing strength
≥70

體積密度 g/cm3

bulk density
≥2.6

0.2MPa荷重軟化開始溫度 不低於 ℃

0.2MPa soften temperature under load ≥℃
≥1350

耐火度 ℃

refractoriness ℃
≥1780

2.隔熱保溫材料

①導熱系數小：傳遞熱量能力大小的物理量稱之為導熱系數。金屬導熱系數大於非金屬、液體導熱系數大於氣體；數值越大，傳熱能力越強，反過來說：隔熱能力越差。在固體材料中，一般把導熱系數最小的（≤0.22W/m·℃）非金屬材料稱之為隔熱材料。這些材料氣孔多、分布均勻、容積密度小，隔熱保溫性能好。

②熱穩定性好：隔熱材料的使用溫度低於耐火材料，一般在1100℃以下。在使用溫度范圍內，要求長期工作不變質、不損壞、不腐蝕立窯筒體；材料中可燃物、有機物、含水量極少。

③具有一定的強度和可塑性：隔熱保溫層一般設置在耐火磚與筒體之間，需要滿足施工要求，並能承受一定的外力作用；除隔熱保溫製品之外，在其餘空間還要用不定型的澆注料，來膠結成一個保溫的整體。

（1）GC-FB復合磚 120mm

本產品無毒、無害、無污染、無刺激、防水、不可燃。容量輕，導熱系數小，保溫絕熱性能良好，物理性能穩定，不老化，施工快捷，可隨意彎曲裁剪。也是大型機立窯的必需材料。

理化名稱

physical &chemical name
單位

unit
指標和數值

index & date

Al2O3+SiO2 ≥
%
96

Al2O3 ≥
%
50

Fe2O3 ≤
%
1.2

K2O+Ma2O ≤
%
0.5

工作溫度 ≥

service temperature
℃
1000—1200

渣球含量(>0.25mm) ≤

slag content (>0.25mm) ≤
%
5

線收縮1150℃×6h ≤

linear shrinkage 1150℃×6h ≤
%
4

含水量 ≤

water content ≤
%
0.5

容量

volume density
Kg/m3
100—150

（2）GC-QZ多孔保溫磚 180mm

本產品是採用輕質骨料和耐火粉料混合製作，具有多孔結構的保溫磚，導熱系數降低到小於等於0.4 W/（m.k），筒體高溫帶外部的溫度小於等於45℃，保溫性能更好，熱能損失更少，節省了能源。因而達到整體密實的保溫效果。

理化名稱

physical & chemical name
單位

unit
指標和數值

index and date

常溫耐壓強度 >

cold crushing strength >
MPa
3

重燒線變化 不小於2%的試驗溫度

test temperature of linear change on reheating, ≥2%
℃
1350

導熱系數

coefficient of thermal conctivity
w/(m·k)
0.50

建議使用溫度

suggested service temperature
℃
1200

體積密度 <

bulk density <
㎏/m3
1000

（3）GC-135高強高溫澆注料 220mm

本產品常溫、中溫強度高，具有很高的抗高溫氣流沖刷及耐磨損性能，熱震穩定性好，高溫體積微膨脹，有效保證窯爐襯底的氣密性。

理化名稱

physical & chemical name
單位

unit
指標和數值

index & date

耐壓強度

crushing strength
常溫

room temperature
MPa
26.5

110℃
MPa
28.8

1000℃
MPa
22.4

線收縮1000℃×2h

linear shrikage
%
±0.3

導熱系數

coefficient of thermal conctivity
W/(m·k)
0.42

耐火度

refractoriness
℃
1200

建議使用溫度

suggested sercive temperature
℃
1000

體積密度

bulk density
㎏/m3
2300

（4）GC-QZ陶粒隔熱磚 300mm

本產品由輕質粘土陶粒，經高溫燒制而成，具有輕質、隔熱、隔音、高強、導熱系數低、耐火、耐腐蝕、耐磨和抗震性好的特點。

理化名稱

physical & chemical name
單位

unit
指標和數值

index and date

耐壓強度

crushing strength
常溫

room temperature
MPa
19

110℃
MPa
21.5

1000℃
MPa
16

線收縮1000℃×2h

linear shrinkage
%
±0.5

導熱系數

coefficient of thermal conctivity
W/(m·k)
0.42

耐火度

refractoriness
℃
1000

建議使用溫度

suggested temperature
℃
900

體積密度

bulk density
㎏/m3
1000

3.膠結材料

在砌築耐火磚和保溫磚的時候，需要化學成分與物理性能與磚接近的結合劑，來填充磚縫、使襯里形成一個嚴密的整體，這就是膠結材料。俗稱：耐火泥（或稱火泥）。它是由粉狀耐火物料和結合劑組成的一種不定形耐火材料。按火泥的材質可分為粘土質，高鋁質，硅質和鎂質火泥，其粒度根據使用要求常控制在1毫米以下。選用時，除注意必須與所砌材料性質一致（或相當）之外，還要求它必須具備粘結力強、施工性能好、耐酸鹼腐蝕、耐沖刷磨損和必要的耐火度；同時，不能因乾燥和燒成引起的膨脹或收縮而造成磚縫開裂。

MF－170塗料（抹面料）

理 化 名 稱

physical & chemical name
單 位

unit
指 標 及 數 值

Index and date

適用溫度

Suggested temperature
℃
-40—800

漿體密度

Slurry density
g/m3
600—700

容重

volume density
kg/m3
180—220

導熱系數

Coefficient of thermal conctivity
w/(m·k)
＜0.052

體積收縮率

volumetric shrinkage
%
＜15

抗壓強度

Compressive strength
MPa
＞100

粘結強度

adhesive strength
MPa
＞25

產品特點

Proct specification
1、 產品無毒、無害、無污染、無刺激、防水、不可燃。

1, nonpoisonous, harmless, non-pollution, waterproof, nonflammable.

2、粘結度高、收縮率小、用料省、不開裂、無施工縫隙、整體性好、中高溫隔熱效果優越。

2、high adhesive strength, little shrinkage, material saving, non-construction crack, good integral performance, superior heat insulating effect.

第二章：立窯襯里節能技術的優化進程—新型窯襯材料的發展

立窯襯里材料的配套選用和砌築質量，直接影響到立窯煅燒的產、質量，以及能耗和安全生產，這一點早已被人們所共識。上個世紀，立窯一直是我國水泥生產的主體，從70年代起，國家曾經投入一定數量的人力、物力和資金，進行了一系列的科學研究和工業試驗。提出了一些辦法和措施，並在生產中也曾經取得過一定的效果，但應用周期不長。主要原因之一是：「生產工藝變化較多、材料質量改進不足」。

九十年代後期，國、內外材料科學研究水平的提高，尤其是冶金行業的技術進步，促進了耐火材料行業的高速發展。許多新型耐火材料、隔熱保溫材料相繼出現，其品質指標、使用性能，都上升到一個新的台階。它帶動了水泥行業的窯襯材料應用技術研究，相關部門也自動地由單一的熟料煅燒工藝研究，轉變為襯里材料的品質、性能、配套、優化研究。

磷酸鹽結合高鋁質耐火磚簡稱為：磷酸鹽磚。目前被公認為是水泥窯爐優質耐火、耐磨襯里之一。磷酸鹽磚近於中性磚，無論是在氧化氣氛、還是還原氣氛，都不會影響使用強度。在1500℃以下，磷酸鹽磚的化學穩定性非常好、在高溫下，熱穩定性也非常好，具有良好的抗沖擊、抗磨損能力；實踐證明，作為立窯高溫帶襯里，比高鋁磚使用壽命長1～2倍。一般情況下，用於立窯喇叭口的磷酸鹽磚壽命為1.5～2年、用於燒成帶的壽命為3～4年。

磷酸鹽磚以高鋁礬土熟料為骨料和細粉，其吸水率為3.4%，體積密度3.12g/cm3；根據製品的使用條件，適當加入石墨粉、工業硅等，以磷酸或磷酸鋁為結合劑，採用半干法成型，在400～600℃熱處理，化學結合成為高鋁質耐火製品。該耐火製品按結合劑不同分為：

（1）磷酸鹽結合高鋁質磚（簡稱：磷酸鹽磚）。代號P，鎖縫磚代號PC。結合劑為磷酸溶液、濃度42.5%～50%；

（2）磷酸鋁結合高鋁質耐磨磚（簡稱：耐磨磚）。代號PA。結合劑為工業氫氧化鋁、工業磷酸配成的磷酸鋁溶液。耐磨磚的耐磨性優於磷酸鹽磚，因此在有條件的情況下，立窯襯里應優選耐磨磚。

用於立窯襯里的保溫材料，除了要求導熱系數小（熱阻大）之外，還要看其使用溫度能否達到900℃以上，否則保溫層非常容易粉化，失去應有的強度和隔熱性能。選擇導熱系數低於0.05w/m℃的硅酸鈣隔熱板與硅酸鋁板、空心球澆注料等配套的保溫層，能夠使保溫層整體化、延長服務年限，同時，厚度最薄、隔熱效果最好。基本達到窯內中、邊部物料溫度差不大於50℃、燒成帶窯體外壁溫度低於45℃。最簡單、最直觀的感覺就是在現場去觸摸窯體燒成帶外壁，不感覺燙手。這樣的工作狀態，就給立窯煅燒熱工制度穩定、實現優質、節能、高產，創造了有利條件。

第三章、新型窯襯材料的技術經濟分析

河南省新鄭市古城冶金爐料廠，多年來與科研院校合作，為耐火、保溫材料的研製、開發，進行了大量工作。尤其是對水泥立窯節能襯里的材質優化、應用配套，為用戶之急所急、為用戶之想所想，取得了顯著效果，贏得了贊譽。廠內提出「快樂來自為人著想、成功在於以誠相待」的服務宗旨，2004年獲得「全國建材行業誠信、維權標兵企業」、「全國耐火材料行業領軍企業放心品牌」的光榮稱號。

在立窯煅燒過程中，影響產、質量及能耗的因素很多，一般可歸納為三大類：工藝因素、機械因素和操作因素。工藝因素如：配料方案、生料合格率、易燒性、煤質與配熱、成球質量等；機械因素包括：窯體結構、加料裝置、卸料篦子、通風除塵等；操作因素是指：煅燒方法、熱工制度、控制手段、崗位工技術水平等等。一個生產多年的立窯水泥廠，在這諸多的影響因素中，採用「立窯節能襯里配套技術」，見效最快、受益最明顯。因為僅「減少熱損失和保溫層減薄」這兩點帶來的經濟效益，就十分可觀。

中國水泥協會立窯研究會提出「現代立窯八個基本條件」後，各地立窯企業紛紛採用二十項適用技術，進行節能挖潛技術改造。河南省新鄭市古城冶金爐料廠參與的就有許多家，他們原來的熟料熱耗都在（1000～1100）×4.18 KJ/kg左右,改造後都達到900×4.18 KJ/kg以下，窯體外壁溫度也能觸摸不燙手。根據國內建材研究院校熱工檢測部門，對立窯熱工標定的統計數據表明，立窯燒成帶窯壁溫度降低1℃，窯內熟料熱耗可降低10～15KJ/kg。這些廠普遍都降低30℃以上，窯內熟料熱耗一般降低（100～200）×4.18KJ/kg，相當於每生產一噸熟料可節省實物煤（發熱量為5500×4.18KJ/kg）18～36公斤。一台年產十萬噸熟料的立窯,每年就可以節煤1800～3600噸,摺合當前的國內平均價格（400元/噸煤）節支人民幣72～144萬元。

採用新型耐火、隔熱保溫材料配套的窯體襯里，盡管材料價格有所增加，但整體用量減少，因此與傳統材料相比，窯襯總投資基本持平。由於窯襯的厚度減薄，斷面直徑增加0.15～0.2米,窯內煅燒容積增大，熟料台時產量一般可提高1～2噸，每年、每台立窯熟料增產0.8～1.6萬噸，摺合人民幣增收100～200萬元。

其它效益，如：改善通風質量後，風機阻力減小的節電效益；斷面熱力強度改善，提高熟料質量的效益；延長窯襯材料使用壽命，降低維修費用的效益等等，在此就不一一列舉。該新型節能窯襯已列入《立窯水泥企業技術進步指南》中的二十項適用技術，科學性、先進性、實用性和可操作性，已被上百家立窯企業所證實和共享，必將為立窯企業在競爭中求生存、求效益，開劈一條新的途徑。

第四章、環保節能的新型機械化立窯

老式水泥立窯在我國經濟快速發展時期是做出重大貢獻的，但隨著現代化大型，新型干法回轉窯的快速發展立窯水泥退出數量上的主體地位，已成為我國水泥工業發展的歷史必然。但作為中小水泥企業主體的立窯企業，在相當長的一段時期內，依然是我國水泥工業的重要組成部分，特別是經濟相對落後的中西部地區更是不可忽視的。這些相對規模較小的水泥企業的合理布局，能縮短水泥運輸距離，並且能充分利用中、小型石灰石礦山資源，這些都能起到較好的作用。所以不加區別的一律全世界人民部淘汰的做法是不可取的，但如果不加改造，落後的立窯企業也缺乏競爭能力，也將被淘汰出局，唯一方法是加快技術改造到節能環保效果的現代化新型機械化立窯。

表 國內不同型先進技術經濟指標對比

窯 型
熟料質量

MPa
熟料熱耗

Kcal/k（X4.18KJ）
水泥綜合電耗kWh/t
全員勞動產率

（t/人·a）
熟料噸投資

（元/噸）

新型干法 700t/d
53～60
900
120
700以上
280～350

1000t/d
53～60
850
110
1000以上
300～330

2000t/d
53～60
760
100
2000以上
230～260

4000t/d
53～60
740
95
4000以上
260～280

濕法
53～60
1400
100
600左右

濕磨干燒
53～60
900
110
1000以上
100～150

（改造）

現代立窯窯 1000t/d
53～60
850
70
1000以上
100～120

JT型立窯1000t/d
55～60
800
60
2000以上
100左右

二十世紀九十年代後期，由於環保、節能的要求國內外對材料學的研究加大了力度，各種新型優質的耐火材料、保溫、隔熱材料相繼出現。其品質指標與使用性能都上升到了一個嶄新的高度，聖奧耐火材料有限公司一直致力於開發新型優質的節能型立窯襯里，經過多年的研究、開發、推廣使用，形成了相當規模的市場，在全國水泥立窯生產企業用戶已突破了3000家，並參與了多家企業的節能挖潛技術改造，取得了非常好的效果。

機立窯節能型襯里是一種高效、新型的水泥立窯窯襯，採用該窯襯一般要依據水泥立窯的設備和工藝條件進行磚型設計和熱能設計，並涉及窯襯配套施工方法、水泥生料成分及其配料量的控制等多項技術。

該技術的綜合效果顯著、投資少、見效快、實用性強，已成功地應用於多項機立窯綜合節能改造工程，經幾百台各種規格的立窯採用，均取得良好效果。根據各應用廠的使用報告的綜合反映和熱工測試報告，可心充分肯定節能型窯襯具有以下功能：

①降低熟料熱耗，節能顯著；

②降低窯體表面溫度；

③增加立窯台時產量；

④提高熟料質量。

⑤結構穩定可靠，保溫效果持久，使用壽命長。

為了提高熟料台時產量而擴徑。窯徑的擴大通常是通過減薄耐火磚的厚度來達到的。為了保證擴徑後立窯的表面溫度及表面散熱損失不致提高，則更有必要採用節能型配套耐火材料，使窯體表面溫度及散熱損失大大降低，窯內邊壁溫度提高，斷面溫度場梯度趨於平衡，進而改善煅燒情況。

軍事機械界里有一條來復線原理，在現代槍炮膛內刻上了一條螺旋形紋路，就是來復線，子彈沿著這條來復線的軌跡高速旋轉飛出槍膛，這就是現代槍支先進的設計理念。我們利用來復線原理將現代立窯節能型耐火材料襯里有意識地砌築成類似的結構，可以使窯面的通風均勻和均衡，中風得到了加強與改善，從而大大降低廢氣中一氧化碳量，避免過高的化學不完全燃燒損失。大大降低熱耗，提高產量。

本廠參與多家企業節能挖潛技術改造直徑2.5～3.8m立窯；實現立窯中邊部截面溫度≤50℃，筒體高溫帶外部溫度≤45℃，熟料台時產量增加10～15%（3.8立窯產量≥25 t/h），28天抗壓強度≥56MPa，熱耗≤850kcal/kg。

第二部

河南省新鄭市古城冶金爐料廠開發水泥回轉窯用新型耐火材料

第一章 回轉窯燒成帶用磚的開發

我們針對大型回轉窯燒成帶和過渡帶溫度高，熟料出窯溫度可達1400℃，這就要求耐火材料具備良好的耐高溫性能和抗熱震性能；大型回轉窯直徑大、轉速高，是傳統窯爐轉速的3-4倍，為適應窯襯極大的熱應力和機械應力，要求耐火材料具有足夠的強度和穩定性；鹼性和其他化學物質，包括R2O、Cr、SO2，隨著窯溫的升高會形成液相侵入磚體內部，形成變質層，使磚體結構變脆，失去韌性，導致剝落；因此要求耐火磚必須具備低氣孔率和高純化；為提高窯爐使用壽命，要求鹼性磚在化學成分配比上要滿足掛窯皮的性能，開發了一種具有自主知識產權的新產品古城牌特種低鉻尖晶石磚，在這里我們引入了一種「活性尖晶石」的概念，由於Fe2+離子擴散到基質中的過程，使得在鐵鋁晶體石顆粒中有過剩的氧化鋁。而且。Mg2+離子也部分擴散到鐵鋁晶石顆粒中。擴散進來的鎂離子和來自鐵鋁晶石中過剩的氧化鋁反應，形成直接結合的尖晶石。這種反應產生了額外的體積膨脹，所以產生了額外的彈性。由於連續的鐵離子和鎂離子的擴散，這種活性尖晶石的彈性效果在整個過程中（活性尖晶石）會一直保持著。這種磚特點是：一是利用了尖晶石優良的高溫性能，通過人工合成原料，高壓成型，高溫燒結，產品具有強度高、高溫性能好的特點，成功解決了耐火材料強度和熱震性能之間的矛盾。二是尖晶石含量高，氣孔率低，抗水泥熟料和鹼性侵蝕能力強。三是產品的高溫韌性好，可避免因溫度變化而出現的脆性炸裂。四是產品中含鉻量很低（Cr2O3<5%）,是一種相對環保的產品。五是該產品生產採用國際控制標准，外型尺寸誤差小，可滿足大型窯爐的砌築要求。

第二章 耐火澆注料的應用現狀與發展

在我國，耐火澆注料在水泥窯上的應用，已經有很長時間的歷史，但是許多水泥企業仍然尋找不到合適的耐火澆注料。耐火澆注料的質量及相關服務仍然是困擾水泥企業的難題之一，而與此同時，許多水泥生產企業對耐火澆注料仍然缺乏足夠的了解。困而認真地分析、解決存在的問題，毫無疑問需要耐火澆注料生產企業與水泥生產企業共同的努力。作為耐火澆注料研究與生產服務企業，自我完善、自我發展是我們應對競爭的惟一手段，同時，我們願意與業內及相關領域內的有識之士共同探討這些問題，期待能夠達成共識，使耐火澆注料在新型干法水泥上的應用不斷完善、發展。當前影響耐火澆注料在水泥窯上應用的主要問題有以下幾個

1耐火澆注料種類繁多、市場混亂

隨著國內新型干法水泥的迅猛發展，耐火澆注料生產企業日益增多。近幾年，國外的供應商也開始進入國內市場，競爭日益激烈。激烈的競爭一方面促進了一些供應商不斷地提高產品質量與服務質量，另一方面也出現了不正當競爭、低價競爭等不良現象，尤其出現了讓許多供應商和用戶十分頭疼的市場混亂情況。水泥生產企業在采購耐火澆注料時，由於不同供應商的產品名稱、牌號、材質、價格及壽命有著極大的差異，往往很難做出正確的選擇。

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② 技術方法研究與應用

(一)SYZX系列繩索取心液動錘的應用及其鑽進工藝優化

沖擊回轉鑽進是在鑽頭已承受一定靜載荷的基礎上，以縱向沖擊力和回轉切削力共同破碎岩石的鑽進方法。SYZX75、95型繩索取心液動錘將繩索取心和液動錘兩大鑽進優勢技術結合形成的一種新鑽進方法，是中國地質科學院勘探技術研究所研發的、具有國際領先水平的鑽探科技新成果，可大大地提高鑽進效率和回次進尺，也可有效地控制孔斜、提高破碎地層的岩心採取率。該課題在馬坑鑽探中開展了SYZX系列繩索取心液動錘的推廣應用，並進行繩索取心液動錘鑽進工藝優化。在馬坑礦區繩索取心液動錘的使用及其與普通繩索取心鑽進的現場對比試驗，證明了該技術在礦區的適用性和優越性，應大力推廣應用。

(1)與普通繩索取心鑽進相比鑽進效率大幅度提高。由於金剛石繩索取心鑽進採用以較高轉速為主的鑽進規程參數，具有回轉鑽進切削、磨削碎岩的特點。使用液動錘後，給鑽頭施加高頻脈動載荷，沖擊力瞬時可達極高值，使被鑽進的岩石在交變的外力作用下產生脆裂剪崩的體積破碎，明顯提高了機械鑽速(破碎岩石的效率)，岩石越堅硬，效率提高的幅度愈明顯。

(2)在可鑽性9～12級堅硬「打滑」地層，鑽速顯著提高。按目前的繩索取心鑽進水平條件，一般不宜在10～12級的岩層中鑽進。在緻密完整、弱研磨性、堅硬的「打滑」地層鑽進，雖然採用軟胎體鑽頭輔以人工研磨及孔內投硬岩屑等措施，繩索取心鑽進仍顯現出鑽效低、回次進尺少等問題。

堅硬「打滑」的地層應用繩索取心液動潛孔錘鑽進時，交頻沖擊荷載能使鑽頭唇面接觸處的岩石表面光潔度降低，增加了鑽頭與岩石的摩擦力。同時，較粗的岩粉顆粒也促成了金剛石從胎體中出刃的條件，所以可顯著提高鑽速。

(3)在硬、脆、碎地層提高岩礦心採取率，延長回次進尺。液動錘在液動作用下啟動工作，產生了高頻沖擊荷載。使鑽具采心機構處於沖擊振動作用下，岩心不易堵塞(即使產生堵塞也能較快解卡)，減少岩心的自磨作用，從而提高岩礦心採取率，延長回次進尺，在破碎地層這種優點更為明顯。

(4)使用繩索取心液動錘鑽進可避免燒鑽事故。經過兩年多使用表明，使用液動潛孔錘繩索取心鑽進，一旦發現泵壓下降，沖擊器不工作，要及時提鑽檢查，可避免燒鑽事故。兩年來，幾乎無發生燒鑽事故。

(5)繩索取心液動錘鑽進減斜效果好。與回轉鑽進相比，鑽壓和轉速較低，並且鑽速高，有利於降低孔斜。

(6)繩索取心液動沖擊回轉鑽進還可減輕繩索取心鑽桿內壁結垢現象。

(二)金剛石鑽頭的優選研究

1.鑽頭試驗選擇的綜合經濟效益評價指標及優選方法

現場對比試驗選擇：根據目的和需要，選擇不同技術參數的鑽頭在礦區或同一地層進行鑽頭適應性、時效、壽命等指標的對比試驗，探討各鑽頭參數對鑽探成本效益的貢獻率，求證合適的鑽頭性能參數或鑽頭品種。統計分析選擇：通過對鑽頭歷史使用資料進行統計分析，結合地層岩石可鑽性合理選擇鑽頭類型，從而更好地用好鑽頭，達到提高鑽速、降低成本的目的。

2.S75鑽頭主要性能結構參數的優選成果

金剛石鑽頭的性能結構參數有鑲嵌類型、胎體性能、金剛石的質量和粒度、金剛石濃度、水口形狀及其數量和大小、底唇形狀等。根據岩石的硬度、研磨性和完整度等岩層性質和其他技術條件，以高效、長壽、低耗、安全為標准，確定不同地層適用的孕鑲金剛石鑽頭主要性能結構參數。

3.不同工況下鑽頭方案的確定

鑽速與壽命在不同情況下對鑽探綜合效益的貢獻率是不同的，研究確定了不同的工況的鑽頭方案：採用繩索取心鑽進時，應有足夠的鑽頭壽命，以延長提鑽間隔，減少提鑽次數和提鑽時間；繩索取心鑽進在深孔硬岩條件下，鑽頭方案為：在保證鑽頭壽命足夠長的前提下，提高鑽頭的機械鑽速；鑽速低下時，如鑽遇堅硬緻密「打滑」地層，應以提高鑽速為主；軟硬互層頻繁和破碎裂隙性地層，應主要考慮延長鑽頭壽命。

4.研究確定提高鑽頭壽命的技術對策

繩索取心鑽進，一個提鑽間隔內回次多、進尺長，鑽遇多種不同性能岩層的可能性增多，要求鑽頭具有較廣的地層適應性。主要對策：金剛石採用高強度、不同粒徑混鑲，增加鑽頭的適應性；提高工作層的高度；加強鑽頭的內外保徑，如：增高內外側刃高度，內外側刃採用天然金剛石補強或採用高強度、較粗粒的單晶、聚晶體保徑，鋼體外焊合金顆粒等；增加胎體的耐沖擊、耐磨性。

5.制定合理使用金剛石鑽頭的工作要點

要使金剛石鑽頭實現高效率、長壽命，合理使用它也是一個重要因素。合理使用鑽頭要注意以下幾個問題：鑽頭要分組排隊使用，根據設計孔深，按鑽頭內、外徑尺寸，輪換使用：先用外徑大、內徑小的鑽頭；後用外徑小、內徑大的鑽頭。每次下入鑽頭與前一回次鑽頭直徑差要小，當鑽進8～9級岩石時，不大於0.1mm；當鑽進10～12級岩石時，不大於0.05mm；選擇好擴孔器，做好鑽頭與擴孔器及卡簧間配合；合理控制機械鑽速，對軟的、中硬粗顆粒的岩層，鑽進速度快，岩粉量大，為了及時排除岩粉達到冷卻鑽頭的目的，除增加沖洗液量外，要控制鑽進速度。一般連續鑽進時效不要超過5m/h，時效過高，易於造成鑽頭的非正常磨損，甚至會引起燒鑽；避免鑽頭非正常損壞。

6.金剛石鑽進技術參數的優選

鑽壓：確定合理的鑽壓是提高鑽進效率，降低成本的重要措施之一。應根據岩石可鑽性、研磨性、完整程度、鑽頭底唇面積、金剛石粒度、品級和數量選擇鑽壓。

轉速：轉速是影響金剛石鑽頭鑽速的重要因素。應根據岩石性質、鑽孔結構及設備能力等因素選擇轉速，即考慮獲得較高的鑽速，也要保證合理的鑽頭壽命。

泵量：泵量的大小既必須保證沖洗液完成排除岩粉、冷卻鑽頭等功能需求，也應能實現鑽頭金剛石自銳、防止復雜地層孔壁遭受沖刷破壞等要求。應視岩石性質、環狀間隙、鑽頭類型、金剛石粒度、胎體性能等因素進行選擇與適當調整。

泵壓：泵壓是一定泵量的情況下，沖洗液在特定鑽進環境中的流動阻力。泵壓的大小受鑽桿內徑及其密封、取心鑽具過水斷面、鑽頭水口、鑽孔環狀間隙、鑽孔漏失情況等因素的影響，是反映孔內狀況的敏感參數之一。鑽進過程中，應設法降低泵壓，保證鑽進所需泵量的實現。

根據上述的原則、方法與思路，通過試驗確定了馬坑礦區繩索取心鑽進技術參數組合(表4-2)和SYZX75繩索取心液動錘鑽進最佳技術參數。

表4-2 繩索取心鑽進技術參數組合經驗推薦表

7.組合鑽進技術試驗

(1)試驗任務的由來：石岩坑礦區ZK8321孔設計孔深900m，離已完工原水文觀測孔8號鑽孔15m。根據觀8孔鑽取的岩心，地層為泥岩、砂岩、粘土層等，其中大部分砂質泥岩(岩心極破碎，裂隙發育，採取率極低)。由於孔壁縮徑、坍塌現象嚴重，觀8孔孔深500m，施工時間達4個多月。為了加快勘探進度，提高鑽進效率，經地質部門同意灰岩以上地層可不採取岩心，即孔深390m以上通過孔口取樣判斷地層情況。課題利用這一條件，開展組合鑽進技術試驗，設計試驗方案(表4-3)。

表4-3 組合鑽進技術試驗設計方案表

(2)牙輪鑽頭鑽具組合：按鍾擺防斜原理組配牙輪鑽頭鑽具：ϕ200mm牙輪鑽頭0.2m+5.15m鑽具+2.56m泥粉管+鑽鋌+鑽桿。鍾擺鑽具組合可利用鑽具自身重力產生的鍾擺力來實現降斜防斜目的。其防斜原理就是鑽頭以上、切點以下的一段鑽鋌猶如一個「鍾擺」，鑽頭在這段鑽鋌的重力的橫向分力——即鍾擺力的作用下，靠向切削下側井壁，從而起到減小井斜角的作用。

(3)試驗過程：ZK8321孔於2011年6月19日開孔，0～13m為ϕ250mm金剛石鑽頭鑽進，13m開始用ϕ200mm牙輪鑽頭鑽進，濃泥漿護孔。鑽進至孔深256.37m時，發生嚴重孔內事故，最後採取偏孔方法繞過事故鑽具。牙輪鑽頭鑽進進尺243.37m，用時384h，台月效率480m/台月，時效為1.15m/h。

(4)試驗體會：採用牙輪鑽頭和優質濃泥漿全面鑽進，鑽進效率高，裸眼時間短，孔壁穩定。遇破碎、裂隙、全漏失地層，可將鑽桿下入漏失孔段底部，用水灰比0.3～0.45水泥漿拌和細砂，從孔口將水泥漿倒入鑽桿，由鑽桿內管送到預定位置，對大裂隙地層堵漏效果顯著。

(三)馬坑鐵礦護壁堵漏技術組合優化

由於福建鐵礦區岩性極復雜、岩相變化極大、斷裂與褶皺十分發育等原因，深孔鑽探護壁是關鍵。經過多個鑽孔的試驗實踐，研究制定了「優質泥漿+有效堵漏、旋噴水泥漿固結、多層次套管等復合護壁」技術。該技術作為馬坑鐵礦深孔鑽探護壁原則與工藝要點(表4-4)，有效保證了鑽進的順利進行。

表4-4 石岩坑鐵礦地層與護壁堵漏對策選擇表

1.高壓旋噴水泥漿護壁技術的研究與應用

高壓旋噴水泥漿固結護壁法技術是本研究形成的、國內首創的創新性成果。該技術吸收高壓旋噴加固軟土地基的精髓，通過機具的研製和工藝的研究，以高壓旋噴水泥漿的方式，解決了常規護壁方法不能勝任的深部「斷層泥」護壁難題，如：中、深部孔段鑽遇鬆散、破碎、易水化分散坍塌等復雜夾層，鑽孔漏失、泥漿護壁難且無法採用套管隔離情況下的護壁等。

2.旋噴水泥漿護壁的首次應用試驗——馬坑ZK7529孔

馬坑礦區ZK7529孔設計孔深1200m，於2010年10月19日開孔，至2011年10月4日終孔，終孔孔深1299.19m。該孔於孔深960m後，鑽遇三個「斷層泥」破碎帶：前兩個斷層採用套管隔離，第三個斷層應用了水泥漿高壓旋噴灌注法。具體護壁情況概述如下。

第一個斷層帶：孔深969.20～970.50m(中間夾0.2m基岩)，地下水有徑向流動。鑽進時阻力大，提出後孔段即被細石充填。採用泥漿護壁無效後，多次採用常規方法灌注水泥，均未取上水泥心樣，後擴孔下入ϕ89套管。

第二個斷層：1049.60～1051.60m(ϕ77mm口徑)。自1015.69～1051.60m中取岩心8m左右，出現坍塌；多次灌注水泥漿後，均因偏斜出新孔又屢次坍塌。於是擴孔至孔深1086.94m，下入ϕ73mm飛管。

第三個斷層：1135.50～1138.50m(ϕ59mm)，地層為強風化輝綠岩，風化嚴重的「斷層泥」鬆散地層，膠結性差，怕水沖刷。由於受鑽孔口徑限制，採用ϕ59鑽具(鑽桿為ϕ50外絲+ϕ50內絲)鑽進。穿過該斷層帶後，出現嚴重坍塌、縮徑現象，多次灌注水泥漿護壁無效。由於受口徑限制無法下入套管隔離復雜孔段，探討應用了水泥漿高壓旋噴灌注法，解決了護壁難題。

3.旋噴水泥漿護壁作業情況

(1)設備：XY-5型鑽機，BW-250型泥漿泵，泥漿攪拌機等生產設備。

(2)護壁材料：採用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.45，加入適量促凝早強劑(NaCl)及速凝劑(三乙醇胺)，漿液密度控制在1.6g/cm³。水泥用量15包，配製水泥漿量600L，替水量900L。

(3)旋噴鑽具組合：ϕ50外絲鑽桿+ϕ42內絲鑽桿36m+噴具(噴具噴嘴3個，孔徑5mm)+掃孔鑽具。

(4)下入孔內預定位置後，先掃孔，掃至孔底後，送水暢通後，替入一定清水後開始送漿。

(5)壓送水泥漿漿及替水量旋噴。當漿液自噴嘴噴射時，開動鑽機，採用(表4-5)所列技術參數進行旋噴作業，直至漿液、替水壓送完畢(開始送漿時，無泵壓或泵壓較低，待漿液出噴嘴時，泵壓升至4～5MPa)。

表4-5 高壓旋噴技術參數表

(6)注漿完畢，把鑽桿提起一立根後，清洗鑽桿，提鑽。

(7)注漿24h後探水泥面，48h後掃孔。

4.旋噴水泥漿護壁技術的研究與應用體會

在馬坑礦區5個鑽孔的11處復雜地層孔段中，根據不同孔段的長短分別進行1次或多次旋噴水泥漿護壁，累計旋噴水泥漿作業33次，有7個孔段解決了護壁問題，4個孔段取得一定的護壁效果。通過該技術的研究與應用，有以下體會。

(1)旋噴水泥漿與灌注水泥漿護壁方法的比較。旋噴水泥漿護壁的工藝方法、操作步驟與注意事項與灌注水泥漿護壁基本相同，但卻能取得比灌注水泥漿更好更可靠的護壁效果，並在灌注水泥漿無法解決的已嚴重超徑孔段、溶洞地層等獲得成功護壁，主要是高壓漿液從慢轉、緩提的鑽具側向高速噴出(表4-6)，使漿液不僅具有很大的沖擊破土、滲入裂隙能力，充分置換泥漿和充填超徑、溶洞空間，並與旋噴段孔內的岩土顆粒攪拌混合。

表4-6 旋噴水泥漿與灌注水泥漿護壁工藝的主要區別表

(2)旋噴水泥漿護壁技術的適用地層：通過多個鑽孔的應用實踐，旋噴水泥漿可以在復雜地層孔段形成有效的護壁「水泥套管」，解決採用泥漿護壁、普通方法灌注水泥均無效，以及受口徑限制也無法下入套管隔離復雜孔段的情況下的護壁難題。試驗表明，該技術適用於下列地層護壁：中、深部孔段鑽遇鬆散、破碎、易水化分散坍塌等復雜夾層，如：馬坑礦區深部常見層厚1～5m不等「斷層泥」；任意孔深的坍塌超徑孔段、溶洞地層等有、無充填物中、小孔洞或溶洞群。

(3)存在的問題：綜合旋噴水泥漿護壁技術的應用情況，由於存在以下主要問題，致使護壁效果不夠理想，甚至造成旋噴水泥漿護壁的失敗。

旋噴鑽具噴嘴加工較為隨意，達不到科學、合理；旋噴漿液壓力不足；旋噴轉速(n)和提升速度(υ_t)的組合不匹配，如：旋噴具提升過快等；替漿水量的控制不當；作業人員經驗不足，關鍵環節操作不熟練，各崗位工作人員配合不密切。

5.提高旋噴水泥漿護壁效果的思考與探討

針對旋噴水泥漿護壁技術應用存在的主要問題與不足，有必要進一步研究，持續完善該技術。為此，結合高壓旋噴技術的相關研究成果，有以下設想和探討。

(1)旋噴鑽具噴嘴的設計優選——探尋高質量噴嘴：噴嘴是噴頭的重要組成部分，噴嘴的水力學特性的好壞直接影響射流對地層的沖切效果，進而決定「水泥套管」直徑的大小。為了研究噴嘴不同流道形狀和不同長度的射流效果，選擇3種噴嘴做了針對性的室內試驗，並在分析對比試驗數據和結果的基礎上，得出以下的結論：收斂圓錐角噴嘴流道形式可減少噴嘴自身的壓力降損失；當噴嘴長度與直徑的比值為8～10，射流具有較好的噴射性能，射流流束穩定，沖擊力強。

通過進一步研究，探尋符合旋噴水泥漿護壁要求的高質量噴嘴。一般地，高質量的噴嘴應該使射流具有如下的特性：擴散角小、等速核長、噴嘴的流量系數大(即射流通過噴嘴的能量損失小)。

(2)旋噴漿液適配機具研究：旋噴回轉機構的研製，探討解決旋噴轉速不當問題。利用立軸式鑽機最低轉速進行旋噴回轉，轉速太快；以點動方式回轉，轉速不均。解決的設想是：研製可安裝在孔口的、可無級調速的噴漿液壓回轉器；研製以鑽機立軸為動力輸入端的減速回轉裝置，將立軸的較高回轉速度轉換為所需的旋噴轉速；旋噴高壓注漿泵的研製或探尋。通過進一步研究，研製或探尋滿足旋噴水泥漿護壁所需流量、泵壓的注漿泵；配套漿液攪拌機、漿液除渣器等機具的研製。

(3)旋噴固結護壁漿液研究：理想的注漿材料應能滿足護壁力學性能要求，漿液應具有良好的可注性、凝膠時間可任意調整、價格低廉、無毒、無污染、施工方便等。通過進一步的研究，選擇合適的注漿材料及其配合比。初步考慮以下兩個途徑：水泥漿及其外加劑的選擇。純水泥漿液系無機質硅酸鹽材料，無毒無公害，長時間性能穩定且價格低廉，應優先選用。根據工程需要，可通過試驗在水泥漿液中加入適量的速凝、懸浮或防凍等外加劑及摻和料，保證漿液質量和低成本；化學漿液的選擇與應用。化學漿液具有一些獨特性能，如漿液黏度低、可注性好、凝膠時間可准確控制等，但化學漿液價格比較昂貴，且往往有毒性和污染環境，不利於環保。由於地質勘查鑽孔孔距大、孔徑小，護壁所需漿液量不多，化學漿液的較高價格與所含毒性對鑽探成本及環境影響不大。因此，化學漿液也是值得選擇與應用的護壁漿液。

綜上所述，旋噴水泥漿護壁研究成果在福建龍岩馬坑鐵礦深部復雜地層護壁獲得成果後，先後在福建煤田、湖北放馬山等礦區多個鑽孔推廣應用，表明該技術可以在任意孔深的坍塌超徑孔段、軟弱鬆散地層等形成可靠、有效的「水泥套管」護壁。這一成果，為小口徑深孔復雜地層護壁增添了一項有效的護壁技術和手段。目前，該技術已成為機台深孔鑽探主要和必備的護壁手段。

(四)套管鑽進技術在馬坑鐵礦復雜地層中的應用試驗

BH114套管鑽進技術是中國地質科學院成都探礦工藝所研發的鑽探新成果。該技術通過利用外管代替繩索鑽桿傳遞鑽壓和扭矩驅動孔內套管取心鑽具回轉鑽進，在不提鑽情況下進行繩索取心、檢查或更換孔底主副鑽頭，有效減少起鑽次數，避免頻繁取下鑽導致復雜地層孔壁不穩定及其引發的孔內事故，降低勞動強度，改善施工環境和促進安全生產。2012年9月8日，福建省第八地質大隊在石岩坑礦區ZK9501孔進行BH114套管鑽進技術試驗(自孔深25.58m開始至186m)，不僅為BH114套管鑽進技術的進一步完善提供了寶貴的試驗數據，達到預期目的。

現場試驗情況：2012年9月12日至2012年9月28日，在馬坑礦區ZK9501孔25.84～183.18m孔段進行ϕ114套管鑽進技術生產試驗，試驗進尺157.34m，並下入ϕ114套管181.70m，實現了隨鑽下套管隔離保護孔壁。

③ 新型化學固結承壓堵漏技術研究與應用

張鳳英^1，2 劉四海¹ 劉金華¹ 陳曾偉¹

（1.中國石化石油工程技術研究院，北京 100101；

2.中國石油大學（北京），北京 102249）

摘 要 常用承壓堵漏技術在應用過程中主要面臨堵漏材料不抗高溫、承壓能力不足和易發生二次漏失等問題。針對這些問題，通過分析承壓堵漏機理，認為堵漏漿應包含密封和支撐裂縫兩方面功能，以同時具有封堵性能和機械強度，從而阻止誘導裂縫延伸、提高裂縫重啟壓力，阻隔液柱壓力向裂縫尖端傳導。基於此，室內研發了抗溫180℃、承壓大於20MPa的新型化學固結堵漏技術。該技術可用於大裂縫、溶洞以及多個漏失層位並存且地層骨架強度低的漏失層堵漏，在塔河油田9口井進行了現場應用，一次堵漏成功率90％以上。

關鍵詞 承壓堵漏 化學固結 裂縫尖端 堵漏機理

Research and Application on Technology of

New chemical consolidation

ZHANG Fengying^1，2，LIU Sihai¹，LIU Jinhua¹，CHEN Zengwei¹

（1.Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Beijing 10010，China；

2.China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Abstract Commonly used developed technology in the application process mainly face plugging material is not high temperature resisting，pressure can happen and insufficient second loss.To solve these problems， through the analysis developed mechanism that cut off to crack tip liquid column pressure transmission is the key to develop.Based on this，the indoor temperature 180℃the research and development of new，pressure 20 MPa chemical consolidation plugging technology，this technology can be used in large crack，cave and more lost horizon coexist and strata of low strength of the thief zone skeleton plugging in Tahe oil field，a plugging rate was 90％.

Key words mud loss control under pressure；chemical consolidation；crack tip；plugging mechanism

深井或復雜井的同一裸眼井段內往往同時存在多個壓力系統，安全密度窗口較窄，在存在多套壓力層系的井段鑽進時^［1］，若低壓力層段或者裂縫發育等缺陷地層的堵漏效果不明顯或達不到高壓地層的承壓要求，就會出現又噴又涌的復雜情況，而提高地層承壓能力的先期堵漏技術是擴展安全密度窗口的重要技術。在多壓力層段鑽進時，一定要保證漏失層段的堵漏效果，使全井段承壓能力能夠滿足鑽開高壓層段的要求。常規承壓堵漏技術往往存在不抗高溫、承壓能力不足和易發生二次漏失等問題，難以達到承壓堵漏的目的。因此，探討提高地層承壓能力的機理、方法和技術對於提高鑽井速度，減少因井漏帶來的經濟損失具有重大的意義。本文針對如何提高低壓地層承壓能力這一問題，從承壓堵漏機理分析出發，研發出了抗180℃高溫的新型化學固結堵漏技術，該技術能夠快速封堵漏失層，有效提高地層的承壓能力。

1 提高地層承壓能力機理分析

地層承壓能力，是評價堵漏效果的重要標准。為了鑽進下部高壓地層及防止因起下鑽等產生的波動壓力把地層再次壓漏，需要盡量提高地層承壓能力，以阻止裂縫的擴展及延伸。根據斷裂力學理論，井周有效切向應力反映了裂縫重新開啟的難易程度，井周有效切向應力越大，裂縫張開所需的力越大，地層可承受的井筒液柱壓力越高，再次發生漏失的可能性越小。相同條件下，封堵位置及縫內壓力是影響井周有效切向應力的兩個關鍵因素。封堵位置與封堵材料粒徑的大小同裂縫寬度的匹配程度相關，縫內壓力與地層的滲透性及堵漏劑的封堵效果有關。井漏發生時，壓力首先從井筒經過堵漏劑進入裂縫內部，然後傳向地層深部，地層滲透性越好，縫內壓力耗散速度越快，縫內壓力越低^［2］；同時，形成緻密封堵層可以阻止井筒壓力向裂縫內部傳播，因此封堵效果越好，縫內壓力越低；另外通過實驗驗證可知，在裂縫開口處封堵，井周有效切向應力提高最大，且堵漏後裂縫穩定，應力強度因子為負，故堵漏漿應具備能順利進入漏層、立即在漏層中停滯、形成封堵牆的強度高且滲透率接近於零的特性，這是提高地層承壓能力和堵漏成功率的有效措施^［3］。

2 新型化學固結堵漏技術研究

2.1 新型化學固結堵漏技術堵漏機理

研發了一種新型化學固結堵漏技術，主要由正電黏結劑、流型調控劑、納米固結劑3部分組成。組分所含的納米顆粒具有較大的表面能和極小的顆粒半徑，易進入漏層，通過氫鍵作用或化學反應迅速在裂縫開口處形成一層隔離膜，該隔離膜屬剛柔相濟的封堵材料，可隨著裂縫寬度的改變而改變自身形狀，持續起到阻止壓力傳遞的作用，同時，所含的正電材料能夠與帶負電荷的粘土礦物產生正負電荷的吸引作用，快速結合，在漏失裂縫的端面形成化學吸附滯留層，增大流動阻力，甚至失去流動性，從而擴大堵漏漿的波及面積，降低堵漏漿的擴散運移，有利於封堵的穩定性^［4］。另外，所建立的封堵隔離帶，具有較高的抗壓強度，能有效降低壓力傳遞的速率，提高井周切向應力，減小裂縫尖端應力強度因子，在最短的時間內將裂縫堵死、堵牢，阻止裂縫延伸、擴展，提高井壁岩石抵抗產生新裂縫的能力，從而提高井壁的承壓能力。

2.2 新型化學固結堵漏技術主劑研究

2.2.1 正電黏結劑研究

2.2.1.1 正電黏結劑作用機理

正電黏結劑指分散粒子帶正電荷的膠體。本文所選用的正電黏結劑是在Zeta電位為＋29mV的Ba－Al－Si正電材料粒子表面覆蓋一層非離子聚合物，形成Zeta電位為＋28mV的有機－無機復合正電性化學黏結劑，這種化學黏結劑在改變溫度、壓力和配方時，對粒子的電性能並不產生大的影響，但對地層礦物卻具有極強的電性吸附和離子反應能力，可與地層表面帶負電的頁岩形成復合體，當失水發生時便有較多的正電堵漏黏結劑黏貼在岩石表面，將表面上的無機陽離子排斥走，同時在岩石表面形成一層具有正電位的勢能層，這種勢能層可阻止鑽井液與地層的陽離子交換，從而起到黏結、滯留化學堵漏漿的作用。這種帶正電的勢能層在新鑽開的地層表面上瞬間完成，隨著堵漏施工的進行，堵漏漿與地層表面不斷形成保護膜，使地層表面與堵漏漿快速形成整體。

2.2.1.2 正電黏結劑加量優選

為研究正電性黏結劑對堵漏漿性能的影響，本文研究了堵漏基漿靜切力與正電性黏結劑加量的關系。實驗結果顯示：隨體系中粒子濃度的增加，流變學性能逐漸提高，當濃度足夠大時，混合體系發生膠凝，靜切力升高。當黏結劑加量為6％時，堵漏基漿的靜切力達到35Pa，已初步顯示膠凝狀態，當加量達到10％時，靜切力不再增大，體系完全膠凝，當正電粘結劑的用量在6％～8％之間時，堵漏漿表現出理想的流變性能（圖1）。

圖1 堵漏基漿流變學性能隨著正電性黏結劑加量的變化

2.2.2 流型調控劑研究

2.2.2.1 流型調控劑作用機理

理想堵漏漿的流動狀態為柱狀流，但由於流體特性及漏失層孔道的變化，全部達到柱狀流難度很大，能夠控制到層流流動，即可提高堵漏漿的滯留能力。為確保堵漏漿的層流狀態，需添加流型調控劑控制流動狀態。通過調整流型調控劑的加量，可有效控制堵漏漿的膠凝時間和結構強度。流型調控劑主要由聚合物、分散劑和有機交聯劑組成，具有弱凝膠的特性。其特性在於：在攪拌或流動時體系的交聯率較低，不會因過度交聯使之失去流動性，當停止流動後，體系的交聯速度加快，快速成膠，失去流動性，形成假固狀物，這種假固狀物有利於堵漏漿在漏失層空間的滯流、充填和封堵^［5］。

2.2.2.2 流型調控劑加量優選

為研究流型調控劑對堵漏漿性能的影響，本文研究了在不同流型調控劑加量下堵漏基漿流變性能的變化情況。室溫條件下，實驗測定了添加不同用量流型調控劑的流變性。隨著流型調控劑加量的增加，動切力隨之增大，初切和終切升高，塑性黏度升高，當流型調控劑加量在6％～10％時，堵漏漿表現出合理的流變性（表1）。

表1 流型調控劑加量對性能的影響

2.2.3 納米固結劑研究

2.2.3.1 納米固結劑作用機理

正電黏結劑和流型調控劑的加入可使堵漏基漿具有一定的堵漏效果，但承壓能力低，當壓力波動時易產生整體運移。因此，本研究在堵漏基漿中加入了另一種化學添加劑——納米固結劑。納米固結劑的組分粒度為納米級別，因此無需較大壓力，便可輕易進入漏層。納米固結劑含有部分活性組分和陽離子基團，活性組分在催化劑的作用下，誘發發生催化交聯反應，在短時間內由流動態變為具有較高抗壓能力的固態，生成水不溶性的固體物；另外，含有的陽離子基團，能與地層黏土礦物反應，改變地層礦物性質，形成具有較好強度的 「封隔牆」^［6］。該納米固結劑表面採用膠膜或有機蠟作保護膜，以噴塗、冷凝或溶塗等方式，將其加工成封包微粒使用，只有在井下溫度條件下，一定時間後，其封包膜才溶解或熔化，與堵漏劑中的活性物、高價金屬離子等起反應形成膠狀物和沉澱物，以達到及時有效封堵漏層的目的。

2.2.3.2 納米固結劑加量優選

為研究納米固結劑對堵漏漿性能的影響，本文研究了堵漏基漿流變性與納米固結劑加量的關系。利用中壓濾失儀，在0.8MPa條件下，10min後測定在堵漏基漿中加入不同量固結劑後濾失量及泥餅的狀態。隨著納米固結劑加量的增加，堵漏基漿承壓後形成的濾餅增厚，同時濾失量增大，當納米固結劑的加量由1％提高至5％時，針入度由0.6mm降低到0.1mm，濾餅強度明顯改善（表2）。從實驗結果分析，當固結劑的加量在5％～7％之間時，在此加量范圍，堵漏漿的密度、濾失量和針入度都處於合理值范圍內。

表2 固結劑加量對堵漏基漿性能的影響

續表

2.3 新型化學固結堵漏技術性能評價

2.3.1 封堵率評價

實驗採用均質液體穩定滲流水測滲透率的方法測定岩心封堵前後的滲透率。按照模擬條件要求，在徑向流模型上以恆定速度注水，在模型出口端記錄流體的液量以及模型兩端的壓差，用平面徑向流公式求地層滲透率。計算公式如下：

油氣成藏理論與勘探開發技術（五）

式中：K為模擬岩心的滲透率，10^－3μm²；Q為在壓差ΔP下通過砂柱的流量，cm³/s；A為砂柱截面積，cm²；μ為通過砂柱的流體黏度，mPa·s；△P為流體通過砂柱前後的壓力差，Pa；L為砂柱長度，cm。

室內分別使用橋接堵漏漿和化學固結堵漏漿對模擬岩心進行封堵，測定封堵前後模擬岩心的滲透率。實驗數據顯示：注入化學固結堵漏漿後岩心滲透率下降明顯，基本為零，封堵率為100％，而橋接堵漏漿封堵率為80％（表3）。分析可知，化學固結堵漏漿含有納米級的粒度組分，因此在化學固結堵漏漿替入初期，泵壓逐漸上升，當注入一定量化學固結堵漏漿後，壓力開始快速上升，表明堵劑在開始階段首先進入大孔道，並在大孔道中快速沉積，當封堵大孔道完成後再進入小孔道封堵，導致壓力快速升高，而橋接堵漏漿進入岩石孔隙後，只能封堵大孔道，對於小孔道未能實施封堵，導致封堵率不高。

表3 橋接堵漏漿和化學固結堵漏漿封堵率

註：橋接堵漏漿：井漿＋10％核桃殼（細）＋10％雲母（細）＋5％棉籽殼。

2.3.2 承壓能力評價

實驗採用DLM堵漏裝置，分別測定堵漏漿對1～5mm寬人造裂縫的承壓能力（表4），對於不同寬度的裂縫性模擬地層，常溫條件及180℃高溫條件下，化學固結堵漏漿固結後的承壓均大於20MPa，完全滿足現場承壓堵漏施工的要求。圖2和圖3是在180℃高溫條件下堵漏漿分別對1mm和5mm寬人造裂縫的封堵曲線，通過實驗可以看出，隨著時間的延長，承壓能力呈線性增加。

表4 堵漏配方及封堵效果

圖2 5mm裂縫封堵曲線

圖3 1 mm裂縫封堵曲線

2.3.3 與鑽井液相容性評價

在堵漏施工過程中，可能會發生鑽井液與堵漏漿竄槽的現象，因此為保證堵漏漿的封堵效果，所選用的堵漏漿需要與鑽井液體系具備較好的配伍性，實驗研究了4種體系：（(1)聚合物體系；(2)聚磺體系；(3)甲酸鉀體系；(4)KCl體系）對堵漏漿性能的影響（表5）。

表5 鑽井液對堵漏漿性能的影響

實驗結果表明，堵漏漿中加入不同的鑽井液體系，混合體系的黏度、切力和流動阻力稍有升高，但是均在可控范圍內，說明新型化學固結堵漏漿與不同鑽井液體系均具有較好的配伍性，利於現場堵漏施工操作。

3 現場應用

新型化學固結堵漏技術在塔河油田現場應用了9口井（TH12355、TP243X、S115 －4、TH12311、順西2井、中121、TP321X、TP253X、TH12324），一次堵漏成功率在90％以上。

以二疊系最長的順西2井為例：順西2井套管鞋處（3705m）地破壓力當量密度為1.50g/cm³。在二疊系火成岩井段（3709～4025m）鑽進時，分別在3810m、3951m處發生井漏，進行過橋塞堵漏，鑽穿火成岩地層後，分別進行了橋塞承壓、低密度水泥承壓以及雷特超強堵漏劑承壓，地層承壓能力達到1.42g/cm³。

二疊系火成岩以下地層鑽進共發生6次井漏，其中4402m、4686m兩次井漏是在處理井下垮塌提密度時發生的，密度分別由1.20g/cm³、1.26g/cm³提至1.25g/cm³、1.28g/cm³；其中4628m、4793m、4922m、5008m四次是在鑽進中發生的井漏，4628m進行了隨鑽封堵、井漏消失，4793m進行了一次橋塞堵漏、解除了井漏，4922m進行了一次橋塞堵漏效果較差但可循環不漏恢復鑽進，4966m井漏搶鑽至5008m，進行了長達16d的承壓堵漏，帶堵漏漿承壓能力為1.54g/cm³，篩除後承壓能力為1.51g/cm³左右。

通過分析可知，順西2井堵漏施工難點包括：

1）裂縫性地層漏失，橋堵材料架橋難度大，顆粒直徑較大時，難以進入漏層，造成近井壁處閉門現象；顆粒直徑較小時，難以在漏層內停留。

2）二疊系漏失壓差較大，達16～17MPa，對堵漏材料的抗壓強度有較高的要求。

3）二疊系井段較長，達316m（3709 ～4025m），發育開口直徑大小不同的裂縫，化學堵漏漿很容易沿著漏失通道較大的地方漏失，而漏失通道較小的地方堵漏材料很難進入，或僅少量進入，難以達到一次封堵和承壓成功。火成岩裂縫為縱向裂縫，裂縫發育。二疊系火成岩共取心一回次，岩心長2.33m，縱向裂縫長度為1.45m。

4）地層破碎，容易井塌造成漏層重新裸露，堵漏材料必須進入地層一定深度。

5）漏失壓差較大，封堵的漏層必須達到零滲透率，防止壓差卡鑽和卡套管事故。

針對上述難點，採用新型化學固結堵漏漿對其進行封堵：

1）注化學固結漿24.3m³，替鑽井液30m³ 。

2）起鑽至3000m，循環30min，開始憋擠作業，逐步提高壓力，最高立壓達到16.9MPa，共擠入鑽井液14.84m³。之後關井候凝，緩慢泄壓，泄壓完畢，返吐鑽井液1.12m³。之後開始起鑽。

3）試壓，最高立壓8.5MPa，停泵8MPa，穩壓30min，壓降1.3MPa，累計擠入泥漿0.84m³。泄壓完，返吐鑽井液0.56m³，掃塞至4025m，循環、起鑽至3676m，開始對整個火成岩段進行試壓驗漏，關井憋擠，最高立壓8.5MPa，停泵8.2MPa，穩壓30min，壓降1MPa，累計擠入泥漿0.84m³，之後開始泄壓，泄壓完畢，共返吐鑽井液0.56m³。劃眼處理鑽井液，准備全裸眼驗漏。

4）下鑽通井劃眼，劃眼至5340m，開始循環處理鑽井液，循環處理完鑽井液後，起鑽至3689m，關井試壓，最高立壓7.3MPa，停泵6.9MPa，穩壓30min，壓降0.8MPa，泄壓完畢，起鑽，換鑽具下鑽劃眼分段循環處理鑽井液，滿足下步施工要求。

4 結論

1）室內模擬實驗顯示化學固結堵漏漿在岩心中封堵率達到100％。

2）分別評價了新型化學固結堵漏漿在常溫及180℃高溫下，對1～5mm寬人造裂縫的承壓能力，對於不同寬度的裂縫性模擬地層，化學固結堵漏漿固結後的承壓均大於20 MPa 。

3）新型化學固結堵漏漿與不同的鑽井液體系均具有良好的配伍性。

4）新型化學固結堵漏技術在塔河油田現場應用了9口井，一次堵漏成功率在90％以上。

參考文獻

［1］陳亮，王立峰，蔡利山.塔河油田鹽上承壓堵漏工藝技術.石油鑽探技術，2006，34（3）：60～63.

［2］黃進軍，羅平亞，李家學，等.提高地層承壓能力技術.鑽井液與完井液.2009，26（2）：69～72.

［3］熊繼有，薛亮，周鵬高，等.物理法隨鑽防漏堵漏機理研究.天然氣工業，2007，27（7）：69～72.

［4］徐向台，劉玉傑，申威，等.鑽井工程防漏堵漏技術.北京：石油工業出版社，2000.

［5］劉崇建，劉孝良.觸變性水泥的評價方法及其應用.天然氣工業，2001，21（2）：56 ～60.

［6］聶勛勇，王平全，羅平亞，等.用於鑽井堵漏的特種凝膠的屈服應力研究.天然氣工業，2010，30（3）：80～82.

④ 研究思路、研究內容與研究方法

層序地層分析的基本思路可概括為:從地表露頭或鑽孔岩心的研究入手，綜合利用鑽孔測井曲線和地震剖面資料，以沉積盆地整體性為著眼點，根據構造－沉積－熱體制以及沉積間斷和沉積環境演化特點將盆地劃分為不同層次結構的建造塊，然後詳細解剖不同層次或級別的建造塊的內外沉積構成，綜合解釋沉積體系和成因相的空間配置關系，在此基礎上，建立沉積盆地的等時地層格架和盆地演化模式，進而達到對盆地含油氣特徵的評價和預測。簡單地說，層序地層分析就是從沉積學和地層學兩方面對沉積盆地進行系統工程的研究，因此，層序地層分析更好地揭示了沉積體的空間分布規律，也更有利於含油氣盆地生儲蓋配套研究和儲集層的預測。

本書以層序地層學為研究主線，研究三亞組、梅山組、黃流組和鶯歌海組沉積體系構成，建立盆地等時地層格架，查明不同體系域內主要儲層砂體的分布，為該區儲層(儲集體)和有利的構造－岩性圈閉的預測提供地質依據。同時結合天然氣成藏條件分析，研究隱蔽油氣藏成藏特徵和規律，構建構造活動型盆地層序地層分析和油氣成藏模式研究的系統思路和方法體系。具體的研究內容和研究路線如下(圖1－5)。

1.區域構造與盆地內部構造演化特徵研究

考慮到鶯歌海盆地演化受區域構造活動的控製作用顯著，本書從區域構造活動入手，著重分析印支地塊的構造活動特徵以及對鶯歌海盆地的形成與演化的控制，以助於探討鶯歌海盆地的發育機制。此外，鶯歌海盆地內部構造特徵的分析是進行構造古地貌恢復以及層序地層解釋的基礎。

2.層序地層格架分析

應用層序地層學的基本觀點，以研究區常規地震剖面資料和高解析度地震剖面資料為基礎，根據層序界面的地震相特徵，並綜合考慮全球海平面變化特徵、鑽井標定等，進行層序地層的劃分與對比;根據地震反射特徵，結合強制海退的概念，進行層序單元內部構成的識別與解釋，通過地震資料的解釋建立盆地層序地層格架，以及反映各沉積體系域構成特徵的平面圖、剖面圖的編制。

同時，選取具有代表性的鑽井資料進行精細的觀察、分析，劃分不同級別的層序單元和沉積體系域。具體包括從岩性相、測井相、地震相等方面進行沉積環境和層序地層單元的分析，通過各個基本要素的綜合分析，確定各級層序地層單元的各種沉積體系沉積特徵及內部構成特徵。研究過程突出了以下幾個方面:①單井沉積相分析:一方面是通過鑽井岩心提取各種相標志信息，包括岩石顏色、岩石類型、碎屑顆粒結構、沉積構造、古生物、地球化學標志等，繪制代表層段的高頻層序關系圖;另一方面根據多種電性曲線形態特徵及其組合特點、准層序的疊加方式，繪制其層序展布、體系域類型、沉積相特徵及其各微相類型圖;②強調利用高解析度過井地震剖面配合，強調剖面的分析與單井分析的相互校正與驗證;③井間的層序地層和沉積相的對比分析，可進行四級層序或體系域的劃分和對比。

圖1－5 層序構成樣式及構造控製作用的研究流程

3.層序內部構成特徵、層序類型、層序發育樣式分析

綜合地震與鑽井的層序地層解釋結果，進行層序地層的構成特徵分析，包括各沉積體系域構成特徵、時空展布規律等。重點研究對象放在與油氣勘探關系密切的低位域沉積特徵的研究之上。將層序地層分析與構造地層分析相結合，以大量的地震解釋為基礎，以盆地內不同構造發育部位對沉積的控制為出發點，對鶯歌海盆地層序類型、發育樣式等進行分析。

4.沉降史模擬與盆地古地貌恢復

通過定量－半定量的分析方法，採用回剝分析原理，以地層解釋、沉積環境解釋為基礎，以沉降史二維模擬軟體為依託，對盆地3個主要沉積時期的構造古地貌進行定量－半定量的恢復，重建沉積時期的地貌形態。通過總沉降量等值線圖的編制，進行盆地構造活動強弱差異性分析。通過構造古地貌圖的編制，進行構造單元特徵研究與劃分。

5.構造對沉積的控製作用分析

綜合層序地層解釋結果、體系域構成特徵、層序類型以及層序發育樣式的研究與構造地層分析相結合，進行構造對體系域發育特徵、層序類型以及層序發育樣式的控製作用分析，探討低位域的形成模式與主要控制因素。

6.天然氣成藏模式分析與有利儲集體預測

根據以上研究內容取得的認識，綜合前人在該區域已經取得的成果，從烴源岩、儲集體、生儲蓋組合特徵分析入手，進行成藏組合特徵分析，並在此基礎上，提煉出本區的成藏模式，預測有利的區帶。

⑤ 基本原理與研究方法

一、總 體 思 路

本項研究的核心問題，是揭示水循環演化過程中子系統之間水量轉化機制，查明分區或子系統界面間地下水補給、徑流和更新模式，實現演化量化描述。

針對上述問題，以黑河幹流串聯的祁連山冰雪區、張掖盆地、金塔-花海子盆地、額濟納旗盆地為重點剖面，自南至北劃分為山區水循環子系統、南北部盆地水循環子系統、額濟納旗子系統3個研究分區。在充分研究地下水的形成演變過程及其特徵的基礎上，通過對各種水體進行調查，選擇典型地段，沿剖面線以不同時間和空間間隔采樣，以同位素作為示蹤劑，根據各種水體不同的特徵，採用地下水動態監測資料和同位素監測資料，確定區域地下水及局部地下水補給、徑流、排泄機制及其特徵值，分析各種水之間在不同時空上的關系及轉化規律。在此基礎上，確定地下水的補給、徑流機制及其演化過程。

最後，根據研究區的水文-氣候研究成果，結合地下水測年及同位素反映的補給特徵，建立地下水形成演化與區域水文循環的關系。根據不同地下水子系統的特徵值及其相互關系，建立不同典型分區地下水補給、徑流模式及其與相鄰子系統之間水量轉化模式。

具體研究流程如圖4-1所示。

圖4-1 黑河流域水循環演化同位素水文學研究工作流程圖

二、理 論 依 據

（一）放射性氚測年

1.氚起源及其放射性

氚是氫元素的一種放射性同位素。水中的氚主要有兩種起源：天然氚和人工核爆氚。天然氚主要來源於大氣中的核反應：

西北內陸黑河流域水循環與地下水形成演化模式

n是宇宙射線的快中子，大約3%～5%的大氣上層中子與氮反應形成氚（Ferronsky，1982）。人工氚主要由大氣核試驗產生，首次核試驗開始於1952年。氚原子生成後，即同大氣中的氧原子化合生成HTO水分子，成為天然水的一部分，參與水循環，成為追蹤各種水文地質作用的一種理想示蹤劑，更重要的是氚的放射性具有計時功能，因而成為水文地質研究中一種測年技術手段。氚的半衰期為12.34年，其衰變過程為：

西北內陸黑河流域水循環與地下水形成演化模式

氚含量以氚單位（TU）表示，天然降水的氚含量只有幾個TU。自20世紀50年代開始，由於北半球大氣核試驗大量的氚釋放進入大氣圈，到1963年降水中氚含量可達6000 TU，核爆過後，呈指數衰減，目前北半球降水氚含量大約是10 TU。影響降水中氚濃度的作用主要有：緯度效應、大陸效應、高程效應、季節效應、雨量效應。降水中氚含量最大出現在春末夏初，最小出現在秋末冬初。

2.地下水氚測年模型計算

定量估算地下水的年齡可以通過模型來計算，通常應用的模型是活塞流模型和全混合模型。

當地下水系統的信息傳輸關系符合線性規則，並且與地下水平均駐留時間相比，地下水徑流速度的變化可以忽略（Zuber et al.，1986）時，可以將地下水系統概化為線性穩定流集中參數系統。則地下水系統中氚輸入和輸出濃度的關系表示為

西北內陸黑河流域水循環與地下水形成演化模式

式中：t——氚輸出時間系列（年代）；

τ——氚傳輸時間，即年齡；

λ——氚衰變參數，λ=ln2/T_1/2，T_1/2為氚的半衰期；

c_out（t）——氚輸出函數，即輸出氚濃度隨時間變化的函數；

c_in（t-τ）——氚輸入函數，即輸入氚濃度隨時間變化的函數；

g（τ）———系統響應函數或稱地下水年齡分配函數。

已知氚輸入系列和年齡分配函數，就可以利用（4-3）式求出輸出濃度與年齡的關系，然後採用配線法獲得采樣點地下水年齡。

根據不同的水文地質條件可以確定地下水年齡分配函數，常採用的模型有：活塞流模型（PFM）、指數模型也稱全混合模型（EM）、彌散模型（DM）、線性模型（LM）、指數-活塞流模型（EPM）等。一般活塞流模型或彌散度很小的彌散模型只能識別出1954年以來補給的地下水，典型彌散系統可識別年齡上限可達100～200年，而指數模型最大可識別出1000年的地下水（Maloszewski 和 Zuber，1996）。

黑河流域地下水系統自山前戈壁帶以下均包括側向徑流和垂向入滲補給，由指數型和活塞流型兩部分聯合組成，因此，選用指數-活塞流模型比較適合。EPM模型的年齡分配函數為：

西北內陸黑河流域水循環與地下水形成演化模式

式中：τ_m——地下水平均駐留時間（平均年齡）；

η——系統中流動水總體積與指數型水體積之比，η=1時為指數模型，η越大活塞流模型占的比重越大。

將（4-4）式代入（4-3）式，可得EPM的數學模型。

（二）放射性¹⁴C測年

¹⁴C是碳的放射性同位素，其半衰期為5730年，是由大氣中氮產生的：

西北內陸黑河流域水循環與地下水形成演化模式

式中：n——中子；

p——質子。

¹⁴C在初始補給水中的濃度一般設定為核試驗前大氣中CO₂的水平，即大約100 PMC，PMC（Percent Modern Carbon）是現代碳百分數，等於美國國家標准局（NBS）草酸標準的放射性碳濃度的94%。

Munnich（1957）首先把¹⁴C方法應用於地下水的測年，並建立了基本方法。地下水¹⁴C測年是應用地下水中的溶解無機碳（DIC）作為示蹤劑，以¹⁴C測定地下水中溶解無機碳的年齡。一般認為地下水的無機碳與土壤CO₂隔絕後便停止了與外界¹⁴C的交換，所以地下水¹⁴C年齡一般指地下水和土壤CO₂隔絕至今的年代。「年齡」是根據地下水的¹⁴C濃度和補給時濃度（源項）之間的差別來計算的：

西北內陸黑河流域水循環與地下水形成演化模式

式中：t——距今的年（a.B.P.）；

A——測試的總溶解無機碳的¹⁴C含量；

A₀——補給時初始總溶解無機碳的¹⁴C含量。

在大氣中，由於地球磁場和太陽活動可造成¹⁴C濃度大於或者小於100%，氣候變化也可以影響全球不同儲庫中（大氣圈，生物圈，海洋）¹⁴C濃度，因此，地下水的¹⁴C「年齡」可能偏離地下水的實際年齡。然而，對於地下水¹⁴C測年，這種差別與其他不確定性相比是可以忽略的。較為嚴重的影響是1963～1966年北半球的大氣核爆試驗，其峰值接近於200 PMC（Moser and Rauert，1983）。

測年模型都要產生一個初始的¹⁴C濃度A₀，該值是考慮所有影響後的放射性初始起點。地下水中大多數碳起源於包氣帶的CO₂氣體，但是，這種含有高濃度¹⁴C的碳常常在地下水補給過程中被低¹⁴C 濃度的碳酸岩礦物的溶解所稀釋。一些模型可以校正這種「死碳」的稀釋，包括Vogel（1970）模型、Tamers（1975）模型、Pearson和White（1967）模型，Mook（1976）模型、Fontes 和 Garnier（1979）模型等，某些模型如NETPATH（Plummer et al.，1994）聯合考慮了同位素混合和地下水化學演化（Plummer et al.，1990，1993，1994）。所有模型都分別考慮了不同的地球化學過程。

⑥ 基礎研究，應用研究和開發研究的區別

區別：

1 基礎研究：指為獲得關於現象和可觀察事實的基本原理及新知識而進行的實驗性和理論性工作，它不以任何專門或特定的應用或使用為目的。

2 應用研究：指為獲得新知識而進行的創造性的研究，它主要是針對某一特定的實際目的或目標。

3 開發研究是利用應用研究的成果和現在的知識與技術，創造新技術、新方法和新產品，是一種以生產新產品或完成工程技術任務為內容而進行的研究活動

4 基礎研究是為了認識現象，獲取關於現象和事實的基本原理的知識，而不考慮其直接的應用，應用研究在獲得知識的過程中具有特定的應用目的。

拓展資料：

具體目標是：

1．穩步發展數學、物理、化學、天文、地學、生物科學等基礎學科，形成更加合理的學科布局，在新興交叉學科和科學前沿取得重大突破。

2．重點解決農業、能源、資源、環境、健康、信息、材料、海洋、空間等國家重大戰略需求的一批關鍵科學問題。

3．爭取在蛋白質科學、量子科學、納米科學技術、發育與生殖生物學等科學前沿領域實現重大突破，達到國際先進水平。

4．完善和發展國家研究實驗基地體系，一些研究基地達到世界一流水平。新建100個左右不同類型的國家重點實驗室，穩步推進國家實驗室建設；建設160個左右國家野外科學觀測研究站，形成國家野外科學觀測研究站網路體系。

5．穩定一支10萬人左右的基礎研究隊伍，形成500個高水平研究團隊，產生一批具有重要國際影響力的科學家。

6．提高科學數據、自然科技資源、科技文獻等的採集、加工、集成、共享、服務的整體水平，形成適應科技創新需要的基礎性工作支撐體系。

7．提高科學論文的質量，國際論文篇均引用率達到世界平均水平，取得一批原始性創新成果，獲得若干具有重大影響的國際性科技獎勵。

8．切實改進基礎研究管理體制，優化創新環境，形成鼓勵創新、寬容失敗、百花齊放、百家爭鳴的政策環境和學術氛圍。

特點：

——具有特定的實際目的或應用目標,具體表現為：為了確定基礎研究成果可能的用途，或是為達到預定的目標探索應採取的新方法（原理性）或新途徑。

——在圍繞特定目的或目標進行研究的過程中獲取新的知識,為解決實際問題提供科學依據。

——研究結果一般隻影響科學技術的有限范圍，並具有專門的性質，針對具體的領域、問題或情況，其成果形式以科學論文、專著、原理性模型或發明專利為主。一般可以這樣說，所謂應用研究，就是將理論發展成為實際運用的形式。

刊物堅持學術性、時代性、創新性、實效性特點。立足中國現實，側重欠發達地區研究，致力於發表研究改革開放、經濟發展和體制轉型過程中出現的各種經濟問題的具有原創性意義的高水平的理論文章，以推動中國尤其是西部經濟的現代化和中國經濟學的現代化。力求辦成一個兼顧宏觀、中觀和微觀，堅持學術特色，理論充分聯系實際，以應用為主的、高品位高信息傳遞能力的綜合性雜志。

⑦ 磨料的球磨機和氣流磨有什麼區別

高壓輥磨機和球磨機的區別
高壓輥磨機：准靜壓粉碎，這種准靜壓粉碎方式相對於沖擊粉碎方式節省能耗約30 %，對物料實施的是料層粉碎,是物料與物料之間的相互粉碎。普遍應用於水泥行業的粉碎,化工行業的造粒,以及球團礦增加比表面積的細磨。用於金屬礦石的破碎,以實現簡化碎礦流程、多碎少磨、提高系統生產能力、改善磨礦效果或選別指標等不同目的生產實踐。

球磨機：是物料被破碎之後，再進行粉碎的關鍵設備。適用於粉磨各種礦石及其它物料，被廣泛用於選礦，建材及化工等行業，可分為乾式和濕式兩種磨礦方式。

⑧ 　「十五」規劃確立高新技術發展新目標

中國海油在2000年總公司第十五次科學技術委員會全體會議上討論並形成了中國海洋石油總公司「十五」科技發展計劃。在計劃中特別強調要加強技術創新，發展高科技，大力推廣應用高新技術，並實現產業化，以增強總公司的國際競爭力，保證中國海油的可持續發展。

一、實施高科技戰略，承擔國家「863」高技術計劃的重大項目

國家「863」計劃在資源環境技術領域設立了「渤海大油田勘探開發關鍵技術」重大項目。為完成好該重大項目的研究任務，國家科學技術部李學勇副部長與中國海洋石油總公司羅漢副總經理於2002年6月19日共同簽署了合作協議書。中國海洋石油總公司牽頭承擔了該重大專項和海洋資源開發技術主題的9個課題：

a．海上時移地震油藏監測技術。油田開發地震監測技術的主要目的是對儲層流體屬性在時間和空間上的變化進行動態監測，為調整和優化開發方案提供准確的信息，同時尋找剩餘油的分布，從而提高原油採收率，降低生產成本。

b．可控三維軌跡鑽井技術。該項技術瞄準國際前沿鑽井工程技術，研製一套旋轉導向鑽井系統和分支井完井工具。通過此技術研究可在渤海多井口平台和地下復雜油藏分布的情況下進行三維軌跡鑽井和分支井完井工作。

c．渤海油田深部調驅提高採收率技術。渤海稠油油田提高採收率技術的研究首先從以下4個方面進行：①礫石充填防砂井生產測井儀的研製；②渤海油田生產過程中的油藏保護技術；③渤海油田超越水驅階段的深度調剖技術；④海上注聚合物技術。其中海上注聚合物技術為國家863項目，主要是研製速溶、抗鹽的復合型和締合型聚合物。

d．渤海平台抗冰振技術。渤海北部海面在冬季結冰會造成海上平台的振動並帶來危險，研究可抗冰振的海上平台是通過冰載荷實驗和平台的隔振技術研究，使錦州20-2北平台達到抗冰振的目的。

e．鑽井中途油氣層測試技術。為在鑽井過程中及早發現和評價油藏，降低勘探開發成本，要建立一套適合於渤海地質條件的地層綜合測試儀，部分取代試油和鑽桿地層測試。

f．海底管道的外探測裝置及其檢測技術。通過研製光纖感測器進行海底管道的實時檢測，以確定海底管道受沖刷的懸跨狀況；進行海底管道的陰極保護電位不接觸式測量；在渾水的條件下，使用水下激光成像系統能夠對在300m水深裸露的管道受損情況進行水下觀測。

g．淺水超大型浮式生產儲油系統關鍵技術。渤海蓬萊19-3大型油田的開發需要超大型的浮式生產儲油系統，但由於渤海的水深只有20～30m，建造30萬t超大型浮式生產儲油系統的最大技術難題就是水淺。在此情況下經過對FPSO運動特性的研究和實驗，最終解決淺水效應問題。

h．海底管道修復技術。通過研製水下乾式管道維修艙，可在渤海海底管道不停產的情況下進行管道的切割、自動焊接等修復。

i．東海陸架盆地復雜天然氣藏地震勘探判別技術。東海盆地地質情況復雜，天然氣勘探遇到用地球物理勘探方法如何有效識別天然氣藏的技術問題，該技術將對海底出現的「多次波」等問題進行研究，最終建立用於地震勘探的天然氣藏識別系統。

二、「十五」重點研究項目將解決海上天然氣勘探、渤海稠油開發等重大關鍵技術問題

中國海油「十五」重點研究項目是針對海上天然氣勘探、渤海稠油開發和深水勘探開發等重大問題而設立的綜合研究項目。部分項目或項目中的部分內容已申請為國家863高科技課題。為完成好各項目的研究任務並有較大的技術創新，中國海洋石油總公司與中國科學院共同簽署了「十五」科技合作協議，並在中國科學院立重大專項《海洋石油開發若干科學技術問題研究》。總公司的重點研究項目主要有：

a．渤海稠油油田少井高產開發可行性研究。如何做到海上稠油油田的少井高產開發，以最大限度降低開發成本，該項目從研究大港、勝利等陸上已開發油田的開發效果，再對海上已開發油田進行虛擬開發，又通過對水平分支井的研究與實踐，可對未開發油田提出新的並能做到少井高產的開發方案。

b．渤海油田鑽完井過程中的油層保護技術研究。通過對稠油油藏損害機理研究，完成在鑽井、固井和完井過程中低（無）油氣層傷害的低密度水泥漿體系和進攻型完井液的研製。

c．稠油油田儲層精細油藏描述研究。渤海上第三系屬於河流相沉積，其儲層的縱、橫向變化都很大，給油藏描述帶來很大的困難。該課題通過對研究區的岩石物理參數與地球物理特徵關系研究、地震速度縱橫向變化與沉積相變化之規律研究，建立精細油藏描述方法和軟體。

d．全海域第三輪油氣資源評價。應用美國聯邦地質調查局的資源評價方法（UAGE）對我國海域進行第三輪油氣資源評價，計算出當前技術條件的可采資源量。

e．南海鶯瓊盆地高溫超壓地層固井技術研究。繼南海高溫超壓地層鑽井技術研究之後，再通過雙作用防氣竄水泥漿體系研究和防氣竄封隔器的研製，形成高溫超壓地層的固井技術。

f．中國近海大中型天然氣田勘探技術研究。海上天然氣勘探在很大程度上依賴於地球物理勘探技術的進步，通過對勘探區內的地震參數及特殊處理方法的研究，重點解決南海和東海天然氣勘探中的關鍵問題。

三、為進一步提高科學研究水平，與中國科學院開展全面的技術合作

為在我國第十個五年計劃期間使石油與天然氣的儲量和產量有較大增長，把我國海洋石油建成東部地區油氣產量主要增長基地，依靠科技進步，大力發展海洋石油高新技術已成為石油工業在新世紀可持續發展的戰略性問題。為此中國海洋石油總公司衛留成總經理與中國科學院路甬祥院長於2000年5月25日在北京簽署了要在「十五」期間進行整體高新技術合作、共同實施技術和知識創新工程、共創海洋石油工業大發展的合作意向書。2001年11月26日中國海洋石油總公司蔣龍生副總經理與中國科學院楊柏齡副院長正式簽署了中國海洋石油總公司與中國科學院「十五」技術合作協議書。

中國海洋石油總公司與中國科學院技術合作項目「海洋石油開發若乾重大科學技術問題研究」共包括13個專題。在首席科學家鄭哲敏院士和曾恆一院士的帶領下，中國科學院已有8個研究所的140名科學家參加研究，其中有院士4名，副研究員和博士研究生以上職稱和學位的有107人，加上中國海洋石油總公司參加共同研究的人員共計184人，已經構成了一個有極強實力的中國一流海洋石油研究隊伍。

中國海洋石油總公司為滿足國家對油氣戰略資源、規劃和安全的需要已提出了高速高效的5～10年中長期發展規劃。中國海域在未來的10年內將使油氣總產量達到5500萬t，成為中國油氣產量增長的主體。在2003年7月16日結束的年中工作會議上發出了「創新成就未來」的號召，提出要使科技創新成為中國海油的核心競爭力。中國海油與中國科學院的科技合作就是通過知識創新和技術創新以使我國海域的天然氣勘探、稠油開發和新領域勘探開發有重大突破。經過1年左右的研究，已經取得了以下初步成果。

（一）為海洋石油勘探開發和技術發展，創建技術平台，提高國際競爭力

1．已初步建成了具有我國自主知識產權的海洋石油地震並行處理系統

由中國海油研究中心與中國科學院地質地球物理研究所合作開發了128個CPU的PC機群並行計算機硬體系統和用於海洋石油地球物理資料並行處理的軟體系統。該系統除可以完成常規三維地震資料的並行處理外，還可以並行處理多波地震、高解析度地需、時移地震等特殊處理模塊，還可以在一體化軟體平台上進行新處理模塊的技術開發。該系統在年內可投入使用。

2．具有我國自主知識產權的超大規模油藏模擬並行計算機系統即將進入調試階段

中國科學院軟體所已開發成功油藏數值模擬軟體（黑油模型）的並行解法器PRIS，並在國際上有較大的影響。結合我國海洋油氣田開發的實際需要，研製一台可達千億次計算速度、64個CPU的LINUX微機機群，能在8h內實現150萬個節點、100口開發井、20年開采歷史的油藏模擬並行計算。目前已基本完成軟硬體建設，准備用實驗數據進行調試。該系統的研製成功將不低於國際同類先進產品。

（二）與生產實際緊密結合，解決海洋油氣生產中的關鍵技術問題

a．為使渤海油田到2010年成為全國第二大油田，努力提高渤海稠油油田採收率是關鍵性技術，其中研製抗鹽速溶聚合物，採用調剖注聚技術是近期攻關的課題。中國科學院化學所和西南石油學院通過承擔國家863高科技項目，已經分別研製出符合速溶（不超過2h）和抗鹽（40000mg/L）能力的聚合物。

b．如何研製出海上新型石油平台，使其在不同的油田發揮最大的效益和最低的成本，中國科學院力學所已開始從監測平台整體結構等基礎研究入手，為今後進行新型平台研製創造條件。

c．為盡快實現海上油氣的多相（油氣水）混輸，最大限度降低海上油氣田工程建設成本是國際上多年來未攻克的高技術難題。中海石油研究中心與中國科學院力學所的專家已經在多相增壓和高效分離等方面開展研究，現已完成了部分室內實驗。

d．在我國南海水下每年會發生具有巨大災害性的內波，這是目前國際上都很關注但沒有能拿出研究成果的難題。中國科學院海洋研究所和力學所聯合承擔了南海內波的研究，現已拿出在南海平台進行觀測的方案。該項成果不僅能為南海平台設計提供指導性意見，而且能對我國的戰略安全提供重要技術信息。

e．在南海已開發的東方1-1氣田和深水地區的海底是由起伏不平且不斷移動的沙波和沙脊組成的，對海底管線的安全造成了很大的威脅。中國科學院海洋所和力學所准備用海底原位監測與多波束海底地形觀測相結合的辦法研究出沙波、沙脊變化規律和力學分析，以期得到對海底管線安全的評估。

f．海底管線的腐蝕將是越來越突出的問題，中國科學院海洋所針對犧牲陽極保護下的海底管線，預測犧牲陽極的有效剩餘壽命。

g．渤海稠油油田的生產測井是油田開發的一項關鍵性技術，由中海油田服務公司和中國科學院聲學所承擔了篩管外分流流量井下測量儀的研製。目前已經完成了部分室內實驗。

（三）為海上新領域的勘探開發進行前瞻性研究

a．在我國南海的深水區有著豐富的油氣資源，由中國海洋石油總公司和國家自然科學基金委聯合資助的「南海深水扇系統與油氣資源」重點項目由中海石油研究中心和成都理工學院、中國科學院南海所等共同承擔。該項目的研究將對南海深水區沉積扇的油氣潛力進行分析研究，為深水勘探提供技術依據。

b．在南海和東海的深水區進行地震勘探會因為「多次波」的干擾而使獲得的地震資料失真。中國科學院地質地球物理所承擔了深水地震勘探方法研究，完成了基於波場延拓的崎嶇海底地震資料成像方法的軟體研製及數值模擬計算，開始在實際資料上進行試驗。

c．海上深水區的勘探突破必然會帶來深水油田開發。中海石油研究中心和中國科學院力學所合作已開始進行深水平台的調研和技術准備。

d．渤海由於新構造運動控制了晚期成藏，中海石油研究中心和中國科學院地質地球物理所對渤海地區的郯廬斷裂進行了深入的研究。該項研究會對渤海新勘探領域產生新的認識。

以上各項研究是以解決我國海洋石油生產中的關鍵問題為主，同時又兼顧了海洋石油可持續發展的前瞻性研究。研究的結果不僅是解決了關鍵性的技術問題，更主要的是增強了海洋石油勘探開發的技術能力和我國在海洋石油核心技術方面的國際競爭力。隨著合作研究的深入，中國科學院將發揮其知識創新工程的整體優勢，以創新引領海洋石油工業的未來。

四、為中國海油的全面協調發展，設立以技術推廣應用和技術產業化為主的技術發展型項目

技術發展型項目主要有：

·小水線面油田交通船的研製

·海上地球物理成像測井儀產業化

·海上鑽井防砂篩管生產線的研製

·海洋工程高效焊接技術開發與應用

·地震數據處理解釋系統的引進、開發及應用

·海上油田污水環保處理方法研究與應用

·異型金屬襯管聚苯乙烯工藝研究

·原油破乳劑生產自動控制技術

·海底管線塗敷配重研究

·油田化學處理劑研究

·合成氨裝置增產節能改造

·瀝青新產品開發

·投資風險分析軟體研製

這些項目研究對於專業技術服務公司的技術應用、產業化以致形成核心技術有很大的政策引導作用；對於各個海洋石油基地公司的技術發展並形成貼近主業的支柱產業有很大的扶持作用。

五、為實施人才戰略和提高科研水平，成立中國海油博士後工作站

2002年中國海油成立了以海洋石油勘探、開發和工程有關課題研究為主的博士後工作站。工作站現有15名博士，分別來自中國科學院、清華大學、北京大學、石油大學、中國地質大學等。博士後工作站掛靠中海石油研究中心管理。

六、建立健全科技管理體系

在2002年中國海油第十七次科學技術委員會會議之後，各所屬單位相繼建立健全了科技管理機構，在總公司已發布科技發展管理辦法的基礎上，各單位也完善了本單位的管理辦法。總公司科技管理體系（包括各所屬單位的科技管理）從職能方麵包括：科技規劃與計劃、綜合科研項目管理、技術發展項目管理（包括技術推廣應用、技術創新與產業化）、技術標准與質量管理、知識產權管理、知識管理、科技交流管理、學會工作管理、科技統計管理和科技期刊管理。

總公司科技管理體系管理層次包括：總公司總經理兼總公司科學技術委員會主任、總公司科學技術委員會、總公司科技發展部、中國海洋石油有限公司各業務部門有分管科技的負責人、各所屬單位設科技管理部門或崗位。

七、科技激勵機制

中國海洋石油總公司從2002年開始實施了一套綜合性的科技激勵機制。

1．建立中國海油專業技術拔尖人才，實施人才戰略

經過中國海油科學技術委員會的評選，共產生了61個人的總公司級專業技術拔尖人才。從此形成了院士、享受政府特殊津貼人員、總公司級專業技術拔尖人才和所屬單位專業技術骨幹組成的寶塔式人員結構。

2．設立中國海油技術發展基金，引導各所屬單位形成核心技術

從2002年開始中國海油拿出2000多萬元用於支持所屬單位的技術發展並逐漸形成具有自主知識產權的核心技術。經過論證的項目，總公司支付1/3的研究經費，其餘2/3由各單位支付，在產生經濟效益後返還總公司所支付的費用。此政策相當於國家的中小企業技術創新基金。

3．完善總公司科技獎勵機制，加強對技術創新的獎勵

在原有中國海油科技成果獎勵辦法的基礎上進行了完善，分為一次性獎勵和效益提成獎勵。一次性獎勵由一等獎（不超過2項）15萬元、二等獎（不超過5項）6萬元和三等獎（不超過8項）2萬元組成。效益提成獎規定可在科技成果產生經濟效益後，在稅後年凈增利潤中提成5%～35%用於獎勵。

4．獎勵專利發明人，努力增加具自主知識產權的專利技術

在新制定的中國海油專利管理實施細則中，對國內發明專利的發明人獎勵200～15000元，國外發明專利的發明人獎勵300～30000元，實用新型和外觀設計獎勵50～2000元。

中國海洋石油總公司通過「十五」科技發展計劃的實施，隨著國家863計劃的高科技研究項目和總公司「十五」重點科研項目成果的相繼產生，已經初步形成了一批具有自主知識產權的核心技術，這是中國海洋石油高新技術中最具有活力和國際競爭力的核心技術。

⑨ 研究內容與研究方法

一、研究過程及研究范圍

河南省省轄18個城市廣泛分布第四紀鬆散地層，其淺層土體以及賦存的淺層地下水中低品位的地熱能資源豐富。為合理開發利用城市淺層地熱能資源，河南省地質調查院於2006年向河南省國土資源廳立項申請開展「河南省重點城市淺層地熱能評價與開發利用研究」項目，得到河南省國土資源廳批准，並列為「河南省國土資源廳地質礦產科技攻關項目」（科研項目編號02號），2007年初編寫了項目設計書，於2007年3月通過河南省國土資源廳審核，於2009年8月26日通過了河南省國土資源廳的驗收和科技鑒定。

原項目研究范圍：鄭州、開封、新鄉、許昌、漯河、周口、安陽、濮陽、焦作、洛陽、南陽等11個重點城市的城市建成區及規劃區，面積約5000km²。研究過程中根據社會發展狀況，調整工作區面積為2020年規劃區面積。

本書研究范圍是根據專家意見及河南省的實際情況，增加了鶴壁、濟源、三門峽、商丘、平頂山、駐馬店、信陽等7個城市的相應內容，同時，根據《淺層地熱能勘查評價規范》（DZ/TO225—2009），增加了地埋管熱泵系統應用適宜性評價與區劃研究內容。

二、研究目的

本項目研究目的是為科學利用與保護淺層地熱資源，初步研究河南省重點城市淺層地熱資源類型與潛力，進行開發利用區劃，促進河南省城市淺層地熱能的合理開發利用，減少投資風險等提供科學依據。

三、研究內容

為保證本項目研究目的及任務的實現，有利於科技攻關，提高成果科技水平及實用性，本書主要從以下4個方面進行研究。

1.淺層地熱能埋藏分布規律及循環特徵研究

該課題針對城市所處的山前沖洪積平原、河流沖積平原、河谷及盆地等水文地質單元，對淺層地熱能埋藏分布規律和循環體征進行研究，是此次研究項目的基礎，重點研究以下內容。

1）第四系厚度及年恆溫層深度。

2）淺層地熱能埋藏、分布及循環特徵。

3）水位、水溫、水質動態變化及影響因素。

4）建立和確定淺層地熱資源評價參數系列，包括滲透系數、儲水系數、地溫梯度、回灌滲透系數、熱導率和大地熱流值等。

5）建立典型城市的淺層地熱能概念模型和確定邊界條件。

2.淺層地熱能資源評價

該課題是城市淺層地熱能資源合理開發利用區劃的主要依據，針對不同的水文地質單元，主要研究如下內容：

1）根據地（水）溫觀測、抽水和回灌試驗及室內測試，計算和確定淺層地熱能資源計算與評價參數值。

2）根據概念模型建立數學模型。

3）採用不同評價方法，計算淺層地熱能儲存量和可采資源量。

4）根據淺層地熱資源現狀開采量與可采資源量，計算開采潛力，並進行開采潛力分區。

3.淺層地熱能採集與回灌技術研究

該課題也是進行淺層地熱能合理開發利用區劃的主要依據。主要針對不同水文地質單元的地質和水文地質條件，結合現有工程開展回灌技術和現場試驗，研究回灌量和水質及水溫對淺層地熱能儲存條件和可采資源量的影響；研究施工工藝，確定淺層地熱能採集與回灌的技術條件，包括合理井深、井間距、井結構、開采量與降深、回灌量等；確定合理的「即采即用即灌」方案。

4.淺層地熱能綜合開發利用區劃

在以上課題研究的基礎上，進行淺層地熱能開發利用適宜性分區；根據開發利用技術條件，確定淺層地熱能開發利用方式；對地下水資源和淺層地熱能資源提出相應的保護措施與保護目標。

四、主要研究方法

1.資料收集及二次開發

項目執行過程中廣泛收集18個重點城市的社會經濟發展、區域地質、水文地質、淺層地熱能利用、遙感、水文、氣象、環保、城市建設規劃和城市節能規劃等方面的資料，並進行系統地綜合整理。研究內容包括：①地層結構、構造特徵；②淺層地熱能利用層位水文地質條件；③總結淺層地熱能開發利用現狀與存在的問題。

2.淺層地熱能開發利用現狀調查研究

在地面調查的基礎上，重點對此次研究的18個城市區淺層地熱能利用項目進行調查，調查內容包括工程佔地面積、應用建築面積、抽、回水井數量、井間距、抽水量與地下水溫、回水量與回灌水溫、運行期間地下水動態變化、製冷（熱）效果等。

3.水動力學方法調查與監測

淺層地熱能資源可稱為是一種主要以水為載體的可流動資源，為研究地下水的徑流條件，開展了地下水位統測和動態監測。在枯水期部署地下水位統測工作，統測點密度一般為每4km²一個點；選擇已有的淺層地熱能空調系統進行長期監測，以研究地下水源熱泵系統運行對地下水環境的影響，監測時間不少於一個水文年，監測內容包括抽水量、回灌量、水位、水質、水溫及利用效能等。其中水質監測選擇在淺層地熱能空調系統運行前、運行過程中及運行後分別採取水樣；水位及水溫觀測頻率每5天1次。

4.水熱力學方法調查與監測

為研究淺層地溫分布特徵，對淺層地下水溫度進行了調查。主要是結合水動力場研究開展地下水溫度場分布測量，儀器採用井中測溫儀（型號JL-1），平面上測量點密度大體按每25m²設1個點布設；垂向上測點密度為每2m設1個點，測深視井結構具體條件確定。

5.水文地球化學研究方法

地下水的水化學組成反映了淺層地熱能的形成環境與條件，可通過水化學成分研究其成因與形成年齡，評價淺層地熱能的科學用途。為分析不同水質對淺層地熱能空調系統的影響，研究提出相應的處理工藝措施，結合已有資料，分別在淺層地熱能空調系統動態監測點與水化學資料相對較少的研究區補充布置水質全項分析水樣並送實驗室測試。

6.現場實驗方法研究

為了解含水層富水性，計算水文地質參數，研究地下水回灌量和水質、水溫對淺層地熱能儲存條件和開采資源量的影響，確定合理的「即采即用即灌」方案；研究適宜於東部平原細顆粒含水層地區抽水、回灌井科學的施工工藝和成井結構，研究淺層地熱能採集技術的適用條件，針對不同的水文地質條件，結合已有或在建淺層地熱能利用工程，布置注水試驗和抽水試驗。為求得不同地層岩性的熱物理參數，在鄭州市布置施工地質取樣孔1眼，所取樣品送往南京大學實驗室測試。

7.模型建立與研究

建立淺層地熱能補給量、排泄量與儲存變化量的均衡模型，評價淺層地熱能資源量；根據水文地質條件，採用熱流量法或數值法預測評價淺層地熱能的可利用資源量；根據開采資源與現狀開采量評價淺層地熱能開發利用潛力。

選擇資料豐富且類型典型的地熱區段，運用HST3D數值模擬軟體，對地熱流體運移進行模擬；預測評價規劃開采和淺層地熱流體利用條件下，地熱流體溫度的時空變化趨勢；模擬不同地質、水文地質、地熱條件下，地下水的流場和溫度場的分布特徵；評價淺層含水層的儲熱功能和熱儲量，為合理、科學地開發淺層地熱流體資源提供科學依據。

8.淺層地熱能開發利用綜合研究

在上述方法研究的基礎上，研究提出不同地質水文地質條件下淺層地熱能採集技術方案，制定各市淺層地熱能合理開發利用區劃。

9.資料庫建設

對收集的資料、新取得的各項資料進行整理裝訂成冊，並統一使用GIS軟體平台，按要求建立資料庫。對原始圖件及成果圖件等實施數字化，並建立圖形屬性庫及外掛屬性庫。

⑩ 課題研究的方法有哪些

調查法

調查法是科學研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計劃、有系統地搜集有關研究對象現實狀況或歷史狀況的材料的方法。調查方法是科學研究中常用的基本研究方法，它綜合運用歷史法、觀察法等方法以及談話、問卷、個案研究、測驗等科學方式，對教育現象進行有計劃的、周密的和系統的了解，並對調查搜集到的大量資料進行分析、綜合、比較、歸納，從而為人們提供規律性的知識。

調查法中最常用的是問卷調查法，它是以書面提出問題的方式搜集資料的一種研究方法，即調查者就調查項目編製成表式，分發或郵寄給有關人員，請示填寫答案，然後回收整理、統計和研究。

觀察法

觀察法是指研究者根據一定的研究目的、研究提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法。科學的觀察具有目的性和計劃性、系統性和可重復性。在科學實驗和調查研究中，觀察法具有如下幾個方面的作用：①擴大人們的感性認識。②啟發人們的思維。③導致新的發現。

實驗法

實驗法是通過主支變革、控制研究對象來發現與確認事物間的因果聯系的一種科研方法。其主要特點是：第一、主動變革性。觀察與調查都是在不幹預研究對象的前提下去認識研究對象，發現其中的問題。而實驗卻要求主動操縱實驗條件，人為地改變對象的存在方式、變化過程，使它服從於科學認識的需要。第二、控制性。科學實驗要求根據研究的需要，藉助各種方法技術，減少或消除各種可能影響科學的無關因素的干擾，在簡化、純化的狀態下認識研究對象。第三，因果性。實驗以發現、確認事物之間的因果聯系的有效工具和必要途徑。

文獻研究法

文獻研究法是根據一定的研究目的或課題，通過調查文獻來獲得資料，從而全面地、正確地了解掌握所要研究問題的一種方法。文獻研究法被子廣泛用於各種學科研究中。其作用有：①能了解有關問題的歷史和現狀，幫助確定研究課題。②能形成關於研究對象的一般印象，有助於觀察和訪問。③能得到現實資料的比較資料。④有助於了解事物的全貌。

實證研究法

實證研究法是科學實踐研究的一種特殊形式。其依據現有的科學理論和實踐的需要，提出設計，利用科學儀器和設備，在自然條件下，通過有目的有步驟地操縱，根據觀察、記錄、測定與此相伴隨的現象的變化來確定條件與現象之間的因果關系的活動。主要目的在於說明各種自變數與某一個因變數的關系。

定量分析法

在科學研究中，通過定量分析法可以使人們對研究對象的認識進一步精確化，以便更加科學地揭示規律，把握本質，理清關系，預測事物的發展趨勢。

定性分析法

定性分析法就是對研究對象進行「質」的方面的分析。具體地說是運用歸納和演繹、分析與綜合以及抽象與概括等方法，對獲得的各種材料進行思維加工，從而能去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及裡，達到認識事物本質、揭示內在規律。

跨學科研究法

運用多學科的理論、方法和成果從整體上對某一課題進行綜合研究的方法，也稱「交叉研究法」。科學發展運動的規律表明，科學在高度分化中又高度綜合，形成一個統一的整體。據有關專家統計，現在世界上有2000多種學科，而學科分化的趨勢還在加劇，但同時各學科間的聯系愈來愈緊密，在語言、方法和某些概念方面，有日益統一化的趨勢。

個案研究法

個案研究法是認定研究對象中的某一特定對象，加以調查分析，弄清其特點及其形成過程的一種研究方法。個案研究有三種基本類型：(1)個人調查，即對組織中的某一個人進行調查研究；(2)團體調查，即對某個組織或團體進行調查研究；(3)問題調查，即對某個現象或問題進行調查研究。

功能分析法

功能分析法是社會科學用來分析社會現象的一種方法，是社會調查常用的分析方法之一。它通過說明社會現象怎樣滿足一個社會系統的需要（即具有怎樣的功能）來解釋社會現象。

數量研究法

數量研究法也稱「統計分析法」和「定量分析法」，指通過對研究對象的規模、速度、范圍、程度等數量關系的分析研究，認識和揭示事物間的相互關系、變化規律和發展趨勢，藉以達到對事物的正確解釋和預測的一種研究方法。

模擬法（模型方法）

模擬法是先依照原型的主要特徵，創設一個相似的模型，然後通過模型來間接研究原型的一種形容方法。根據模型和原型之間的相似關系，模擬法可分為物理模擬和數學模擬兩種。

探索性研究法

探索性研究法是高層次的科學研究活動。它是用已知的信息，探索、創造新知識，產生出新穎而獨特的成果或產品。

信息研究方法

信息研究方法是利用信息來研究系統功能的一種科學研究方法。美國數學、通訊工程師、生理學家維納認為，客觀世界有一種普遍的聯系，即信息聯系。當前，正處在「信息革命」的新時代，有大量的信息資源，可以開發利用。信息方法就是根據資訊理論、系統論、控制論的原理，通過對信息的收集、傳遞、加工和整理獲得知識，並應用於實踐，以實現新的目標。信息方法是一種新的科研方法，它以信息來研究系統功能，揭示事物的更深一層次的規律，幫助人們提高和掌握運用規律的能力。

經驗總結法

經驗總結法是通過對實踐活動中的具體情況，進行歸納與分析，使之系統化、理論化，上升為經驗的一種方法。總結推廣先進經驗是人類歷史上長期運用的較為行之有效的領導方法之一。

描述性研究法

描述性研究法是一種簡單的研究方法，它將已有的現象、規律和理論通過自己的理解和驗證，給予敘述並解釋出來。它是對各種理論的一般敘述，更多的是解釋別人的論證，但在科學研究中是必不可少的。它能定向地提出問題，揭示弊端，描述現象，介紹經驗，它有利於普及工作，它的實例很多，有帶揭示性的多種情況的調查；有對實際問題的說明；也有對某些現狀的看法等。

數學方法

數學方法就是在撇開研究對象的其他一切特性的情況下，用數學工具對研究對象進行一系列量的處理，從而作出正確的說明和判斷，得到以數字形式表述的成果。科學研究的對象是質和量的統一體，它們的質和量是緊密聯系,質變和量變是互相制約的。要達到真正的科學認識，不僅要研究質的規定性，還必須重視對它們的量進行考察和分析，以便更准確地認識研究對象的本質特性。數學方法主要有統計處理和模糊數學分析方法。

思維方法

思維方法是人們正確進行思維和准確表達思想的重要工具，在科學研究中最常用的科學思維方法包括歸納演繹、類比推理、抽象概括、思辯想像、分析綜合等，它對於一切科學研究都具有普遍的指導意義。

系統科學方法

20世紀，系統論、控制論、資訊理論等橫向科學的迅猛發展，為發展綜合思維方式提供了有力的手段，使科學研究方法不斷地完善。而以系統論方法、控制論方法和資訊理論方法為代表的系統科學方法，又為人類的科學認識提供了強有力的主觀手段。它不僅突破了傳統方法的局限性，而且深刻地改變了科學方法論的體系。這些新的方法，既可以作為經驗方法，作為獲得感性材料的方法來使用，也可以作為理論方法，作為分析感性材料上升到理性認識的方法來使用，而且作為後者的作用比前者更加明顯。它們適用於科學認識的各個階段，因此，我們稱其為系統科學方法。