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气门可变技术探究毕业论文

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气门可变技术探究毕业论文

日本本田公司是使用变凸轮的可变气门技术的先锋,在80年代末发表了他著名的VTEC(Valve Timing Electronic Control=电子控制气门正时技术)。首先配置在Civic、CRX和NS-X上,随后渐渐地成为了多数车型的标准配置。

在图中我们可以看到有两组有着不同形状的凸轮,用以达到不同的气门正时和升程。其中一组在正常转速的工况下起作用,也就是日常使用的4500rpm以下。另外一组则在高转速下替换作动。很显然,这样的设计并不能达到气门正时的连续可变,因此VTEC发动机在4500rpm以下(高速凸轮开启转速因不同的车型和发动机型号有异)表现得相当温和,但是一旦超过4500rpm切换至高速凸轮(俗称“开TEC”),发动机的表现就会像猛兽般动力澎湃。

这套系统能确实提升峰值马力,使发动机能轻易攀上接近8,000 rpm (在S2000上的发动机甚至能达到9,000 rpm),就像一辆装有竞技用凸轮轴,可使一副升级别的发动机马力提升幅度达到30匹之巨!!然而,想充分利用这种强大力量,必须将发动机转速保持在“开TEC”点以上,因此您需要频繁地换挡。另外,低转速区域的马力表现就不是那么能使人印象深刻了,因为低速凸轮必须从零开始工作至4500rpm,驾驶乐趣差强人意。总的来说,可变凸轮技术非常适合配备在运动型汽车上。

图:变凸轮气门可变技术基本原理图。

本田已经在某些型号的发动机上,将2段式VTEC改进为3段式VTEC了。当然,段数越高,它的表现越完善。然而它始终只能提供相对于其他连续可变气门技术不太宽广的扭力带。不过,由于其他的VVT系统并不能改变气门升程,变凸轮系统仍然是最为强劲的VVT系统。

优点:

发动机的后段更为有力,适合高转速取向发动机

缺点:

只有2-3段可变,非连续可变;对扭力分布改善有限;结构复杂

相似原理的技术:

Honda VTEC、 Mitsubitshi MIVEC、Nissan?Neo VVL

本田最新的三段式VTEC已经加载在日本贩售的Civic?Sohc?发动机。此机构的每段凸轮轴拥有3个不同正时和升程形状的凸轮。留意他们的外观的分别——处于中间的凸轮(快正时,高扬程), 如图所示,是最大的; 右手边的凸轮(慢正时,中等扬程)大小处于中间 ; 左手边的凸轮(慢正时,低扬程) 是最小的。

这个机构的运作原理是这样的:

图:3段式VTEC结构图

图:3段VTEC 3D图

Stage 1 (低速) : 3个摇臂独立运动。所以控制左进气门的左摇臂受慢速凸轮驱动,控制右侧进气门的右摇臂受中速于中间凸轮是凸轮驱动。两个凸轮的正时相对于中间凸轮来说都处于慢速状态,当然,中间凸轮并没有控制任何气门。

Stage 2 (中速) : 液压将左右两个摇臂连成一体,但中间摇臂继续独立运动,不能控制任何气门。由于右凸轮比左凸轮大,那么连起来的摇臂实际上是受右凸轮驱动。结果,两个进气门都获得低速正时和中等行程。

Stage 3 (高速) : 液压将3个摇臂连在一起。由于中间凸轮是最大的,那么两个进气门都是受中间凸轮所控制的。两个进气门都处于高速正时和大行程工况。

和本田的三段式i-VTEC非常相似,Neo VVL也是使用通过使用不同形状的凸轮作动于气门摇臂,达到在不同的发动机转速工况下,控制相对应的气门升程及打开持续时间,来优化发动机的动力和油耗表现。但是日产的左右侧凸轮的轮廓是相同的。 在低转速工况,它们对应的摇臂都是彼此独立,受各自的低速正时、低速扬程凸轮控制。到了高速工况,三个摇臂受液压推动而连成一体,一起受到置于低速凸轮之间的,高速正时、高速扬程的高速凸轮控制,由高速凸轮带动气门摇臂。

你觉得这是一个两段式的系统吧?不对,至少不完全对。如图所示,由于日产Neo VVL在排气侧凸轮轴都安装有相同的系统,此系统的工作状态可以分为下面的三种情况:

Stage 1 (低速) : 进气门和排气门都使用慢速模式。

Stage 1 (低速) : 进气门和排气门都使用慢速模式。

Stage 3 (高速) : 进气门和排气门都使用高速模式。

MIVEC(Mitsubishi?Innovative Valve-timing-and-lift Engine Control,三菱新型气门正时及扬程引擎控制技术)是由三菱公司研发出来的汽车可变气门正时技术。MIVEC 通过使用2组不同形状的凸轮轴达成气门可变升程。它和本田的VTEC系统很相似, 但是事实上,MIVEC 系统牺牲了较高转速的出力性能,并且在凸轮的设计上相对保守,换来的是在比较低的转速MIVEC就已开启,,使得高低转凸轮之间的过渡显得柔和。然而,Lancer?Evolution上的MIVEC系统仅仅控制气门的正时而不控制升程。同样,MIVEC的工况也分为低速和高速模式:

图:MIVEC的工作原理图。

低速模式:

双进气气门不同的升程(低和中等升程)以及增强气缸内气流进一步使燃烧更加稳定而不会损害燃油经济性、排放和扭力。

高速模式:

延长进气门的开放时间和扩大气门开放程度,可以增加充气量和成功地接近同级引擎输出的最佳成绩。

MIVEC技术已经被纳入"World Engine"(世界级引擎), 成为一个三菱、戴姆勒?克莱斯勒公司和现代汽车共同发展的项目。

宝马的Valvetronic,实际上就是一种用于进气门的可变气门升程技术。相比于其他的凸轮轴—摇臂结构,Valvetronic则在凸轮轴和每根摇臂之间设置了一个中间摇臂,用以将凸轮轴的运动轨迹转化在气门摇臂上。这个中间摇臂引入了电子控制与电机执行系统,系统有一支与传统式引擎一样的凸轮轴,而且有还有一支偏心轴与滚轴及顶杆的机构,并由步进马达所带动著,藉由接收来自油门位置的信号,步进马达改变偏心凸轮的偏移量,通过控制电机旋转一定角度,带动螺纹杆的移动,从而改变中间摇臂接触凸轮轴和气门摇臂的角度,来实现一个凸轮轨迹转换成可变升程的气门开闭过程。

与传统式的双凸引擎来比较,Valvetronic 利用一支附加的偏心轴、步进马达和一些中置摇臂,来控制气门的启开或关闭,假如摇臂压得深一点进气门就会有较高的升程,Valvetronic就是有办法自由控制著气门升降,长进气就是大的气门升程,短进气就是小的气门升程。

图:步进电机控制偏心轮的旋转角度,使得中间摇臂角度改变,从而改变气门升程。

图:从原理简图和Valvetronic系统的剖面图中可以看到该系统所对应的活动零件和执行元件,凸轮轴的布置方式和常规的样本截然不同。

奥迪也在新世代的 V6FSI引擎(用于A5)上发表了自己的可变气门升程技术,称为“Audi?Valve-lift System”,缩写为AVS。AVS作为奥迪的可变气门升程技术,在提高了引擎输出的同时,更能有效降低油耗,且结构简单,工作可靠,也难怪奥迪在这项技术上花费超过6年的时间了。

AVS的原理和其他的可变气门升程技术和其他的气门升程技术相比可谓另辟蹊径了。其他的气门升程技术,一般是通过改变摇臂的作动模式来完成气门的升程可变的;但是AVS的特别之处在于它的气门升程可变是通过凸轮轴的轴向移动来切换凸轮的。

这套系统主要组成部分就是液压顶针——就是上图所示的金属外套加黑色内芯的部分。当引擎在低转速区间,受液压控制的顶针处于收缩状态,顶针与凸轮轴之间没有接触,凸轮轴处于自由状态,工作凸轮为低速凸轮。当发动机切换至高转速工况,液压顶针充油,顶针向下方延伸,不锈钢的顶针头卡在了凸轮轴上的螺旋槽内。由于顶针是固定在气缸体的,因此随着凸轮轴继续旋转,凸轮轴将会被顶针与螺旋槽共同作用往左推(图中绿色箭头方向)。工作凸轮切换为高速凸轮。而当顶针缩回去,凸轮轴又将恢复自由状态,也就是恢复使用低速凸轮驱动气门。

气门正时可变技术是目前为止最简单、成本最低而且最常见的气门可变机构。然而,它的性能和效果也是最小的,只是省油减排技术而已,绝非性能取向。

基本上,这种技术主要是改变凸轮轴的正时。例如,在高转速下,进气凸轮轴会向前旋转过去30° ,使进气门开启时间提前。这个动作是由发动机管理系统(ECU和传感器),根据发动机负载和转速等工况发出指令,再由液压驱动元件执行动作。

在这里笔者要强调的是气门正时可变技术不能改变气门开放的持续时间。它只能达到气门早开或晚开的作用。但是早开早关,也就是说气门开放的持续时间的不变的。再者,它也不能改变气门升程,不像变凸轮气门技术。然而,气门正时可变技术是最简单、成本最低的气门技术,因为每一根凸轮轴仅仅需要一个步进液压驱动器,不像其他系统需要在每个汽缸都设置独立的机构来完成动作。

角度可变过程分为连续和不连续:

比较简单的版本只有2-3个固定的预设角度可供选择,比如0°或者30°。比较先进的系统会提供连续的角度可选,也就是说可以选择0° 至30°之间的任意一个角度,取决于当前引擎转速。明显地,这样就可以在任意发动机转速都能提供最合适的配气正时,带给引擎更大的灵活性。另外,两个角度之间的过渡流畅得让人难以察觉。

进气和排气:

某些设计,像是BMW的 Double Vanos系统,就在进气和排气凸轮轴都分别装有可变正时系统,这样就能达到更深入的进排气重叠,带来更强的换气效果。这样就能解释为什么BMW?E46?M3? (超过100匹的升功率) 比它只在进气侧装有可变正时机构的前辈E36M3  (95匹的升功率) 有更高的效率了。

在 E46代的3系上, Double Vanos的进气端进气提前角最大可以达到40° 而排气端最大提前角则为25°。

优点

结构简单、成本低廉;全转速带扭矩丰盈平顺;

缺点

没有增加气门开放持续时间和升程的功能

相似原理的技术

在众多车厂的气门正时可变技术中,BMW的Vanos 技术可谓是当中的佼佼者,既兼顾了低油耗,又能达到强劲输出,与BMW的设计与调教技术相配合,相得益彰,实为成功的典范。

其他车厂的类似可变气门正时技术都是使用相似的原理,在凸轮轴与正时齿轮之间安装上液压执行机构,由ECU和传感器信号控制液压伺服机构执行动作,使得凸轮轴可以相对于正时齿轮旋转过一定的角度,达到气门配气正时的提前或延后,提高发动机在各转速区域内的换气效率。

图:图中的左方齿轮就是正时齿轮,内有啮合斜齿轮;右边的就是Vanos的液压执行件,空心轴的内花键用于与凸轮轴配合,外斜齿轮和正时齿轮啮合。

从本文的配图,我们很容易就能理解Vanos的运作原理:凸轮轴的正时齿轮端固定连接着一段齿轮条(注意齿轮不是直齿而是斜齿),这个齿轮条的齿轮又和一个可以沿着凸轮轴轴线前后移动的罩子内侧相咬合。由于齿轮条上的是斜齿,因此这个罩子往前移动,将会带动凸轮轴相对于罩子顺时针转动,也就使气门正时提前;同理,罩子后移,凸轮轴将会逆时针转动,使气门正时延后。

图:Vanos结构与工作原理示意图

而罩子的前进和后移,完全取决于位于其后方的液压执行元件。在其后方的大“鼓包”内是由薄片活塞分开的两个充满液压机油的油压腔——薄片活塞与前文所述的罩子刚性连接。活塞的前后动作取决于前后油压腔的油量和油压大小。两个工作腔内的液体进出完全由电磁阀门控制,进而利用两个腔内的压力差将薄片活塞往前推或往后推。由此可见,可变气门正时机构可以通过控制油压活塞的位置就达到调整气门正时的作用,原理简单,执行容易。

既然变凸轮可变气门技术和气门正时连续可变技术都有其特殊之处,各有各的优缺点,很多的车厂都已经想到将这两种性格各异的气门可变技术有机地结合起来,兼顾了高转速的动力表现和全段转速区域的平顺性,但代价是结构复杂和成本高昂。

图:图为奥迪的“Valvelift”双可变技术结构

随着电子技术和机电一体化技术的发展,将这两种可变气门技术相结合使用的可能性变成了现实,各大车厂都在旗下的车型中选配了这种“升程、正时双可变”的气门可变技术。如丰田的VVTL-i、保时捷的Variocam Plus 、本田的i-VTEC?和奥迪的Valvelift技术等,从账面数据上和实际的使用效果来看,都能达到优点叠加、缺点互补的优异效果。不难预测,在未来的汽车往低排放、高能效和追求功率密度的趋势下,这种“升程、正时双可变”的气门可变技术一定会因为其优异性能而大行其道。

作为丰田可变气门正时技术的看家法宝VVT的升级改良版,和YAMAHA公司共同开发的VVTL-i(Variable Valve Timing?and Lifting with Intelligence)在具备了VVT-i除了不同转速区间外,还能能适应车辆在不同负荷工况下无级调整气门正时的基本功能外,还有2级改变气门升程的功能,进一步强化了发动机的动力性能,例如服役于于末代Celica的2ZZ-GE发动机,就装有VVTL-i系统,以的排量压榨出190匹的马力。

VVTL-i作为丰田现役最为顶级的可变气门技术,可以看成是丰田VVT-i技术和类似于本田VTEC技术的结合。

图:VVTL-i的结构示意图和工作原理图

在控制气门正时方面,原理和VVT-相同。通过凸轮轴末端与液压执行机构相连接,通过液压系统使凸轮轴向前或向后旋转一定的角度。通过发动机转速、发动机负荷率、上坡或下坡等路况等信号的输入来决定恰当的气门正时,正时改变角度的最大差值可达60°。

VVTL-i相对于VVT-i的“升级”就在于它的“L”,也就是气门升程“lifting”的意思。和VTEC技术相类似,VVTL-i也是使用一个摇臂来控制两个进气门(排气门亦然,下同)。当大发动机在低速状态,低速凸轮直接作用于气门摇臂,由低速凸轮控制气门开合;高速凸轮下的摇臂则在摇臂内部设置了挺杆,挺杆的运动不会干涉摇臂动作。到了高速状态,在高速凸轮(大持续角、高升程)下的摇臂内挺杆下方空隙,被液压控制的滑块填充之后,就变为由高速凸轮的动作直接作用于摇臂,带动气门开合,从而实现了低速气门升程和高速气门升程之间的2段式转换。

VVTL-i相对于普通VVT-i,甚至VVT技术来说,既保留了发动机低至中转速区域扭力分布的平均和顺滑的特性,还因为有了气门升程可变技术的引入,直接改善了发动机的高转动力性能,使得发动机的动力能向高转区域延伸。因此,不管是从平顺性、动力性还是燃油经济性等方面考虑,VVTL-i都是现今丰田旗下最为优越的气门可变系统。

优点

VVT系统保留了全段转速区域内的扭矩平原特性,气门升程可变技术则增强了发动机高转速的出力特性。

缺点

比常规可变进气系统造价更昂贵、结构更复杂

应用

丰田 升 2ZZ-GE 190hp:末代Celica、高性能版Corolla

保时捷的Variocam Plus技术相传是从服役于Carrara和Boxter车型上的Variocam技术演化而来的。但通过对比,两者之间却没有任何的共用部件。Variocam在1991年的968上首次亮相,使用正时链改变凸轮轴的角度,可以提供3段式的进气正时变化。996和Boxter也是使用这套老系统。虽然说这样的设计是独特而新颖的,但是和其他车厂的液压控制可变正时系统相比较起来就有点捉襟见肘了,尤其是它并不允许大幅度、多段式的变化量。

保时捷 Variocam系统

图:Variocam Plus系统的工作原理

因此,在新的911Turbo上,就换上了新型的Variocam Plus系统,引入了液压控制的可变正时机构,大大提高了可变气门正时系统的灵活性和适应性。不仅如此,Variocam Plus更为重要的改变是加入了气门升程可变系统。这套新的气门升程可变由可变液压气门挺杆来实现。正如图中所见,每一个气门受3个凸轮交替控制。中间的是低速凸轮,气门升程(3mm)和持续时间都是最短的;两侧的凸轮实际上是一样的,气门升程(10mm)和持续时间都比较大。可变升程的实现实际上是依靠可变挺杆的。从上图可以看到,实际上挺杆分为两部分,中央部分和外围部分。两部分之间有一根液压锁销来负责连接。当锁销将两部分锁死,气门挺杆实际上就由高速凸轮控制;同理,当锁销解锁,则外围部分不起作用,气门受中央部分挺杆的驱动。

优点

结构紧凑、简单,所需部件少;大大提升了引擎的初中末段之性能表现。

缺点

造价昂贵,需要保证强度,液压驱动机构复杂

应用

Porsche?911?Turbo,?911?Carrera (997代)

AVTEC的全称是Advanced VTEC,也就是改良后的VTEC。不同于以前的VTEC系统只能2段或3段式气门升程可变,AVTEC系统可以实现气门升程的连续可变。但是细心探究之下,笔者发现这次的“改良”可以说不仅仅是一种改良,更是对整个VTEC系统工作原理的一次颠覆和突破。

自VTEC系统问世以来,一直都是以其独特的二段式(后期改良后的第二代VTEC有三段式)凸轮轴,通过液压控制凸轮对应的摇臂组是否能控制气门挺杆作动来实现气门升程的可变。然而在这个原理问世接近20年后,不断受到后来竞争者的模仿和改良,性能已逐步显得并不突出了。新发表的AVTEC系统,虽说仍然是VTEC技术加入了连续可变气门升程的改进,但基本工作原理却是一次翻天覆地的变革。

图:这个小得几乎可以忽略的“Advanced”,可是VTEC技术划时代变革的标志。

为了能实现发动机气门升程和气门正时的连续可变,可变气门执行装置(1) 包括了以下部分:由发动机缸盖固定部分所支撑着的凸轮轴(8) ,和常规凸轮轴一样可以旋转,并且只包含有一种形状的凸轮(7);主气门摇臂(9) 也是通过摇臂轴(32)固定好的;主摇臂的气门侧有一滑块(12),控制气门杆(6), 一个半开放的凸轮轴壳(11)固定在缸盖上,包裹着部分的凸轮轴,并可由滚齿(25)和控制杆(26)控制而旋转一定的角度;副摇臂(10)有两个推轮——第一推轮(20)和第二推轮(21),都固定在凸轮轴壳之上;位于主摇臂之上的摇臂滑轮(22)能使副摇臂和主摇臂啮合顺畅;凸轮轴在凸轮轴壳内旋转,推动副摇臂,再由副摇臂推动主摇臂,驱动凸轮轴。

图:凸轮轴和凸轮轴套及副摇臂的结构,(14)为固定于缸盖的轴承。

图:左图是引擎处于低转速状态,右图是引擎处于高转速状态,留意副摇臂的位置,这就是AVTEC的精髓所在。

AVTEC技术在去年已经发表,而从今年开始会首先装备在K24A引擎上,但从官方数据中,并没有明确介绍这台引擎的动力数字是多少,但却相当标榜新技术在燃油经济性和环保方面的表现:AVTEC的燃油消耗量比i-VTEC减少了13%,而排放则比日本国内的2005年排放标准降低了25%等。

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

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究竟是哪种技术?是可变气门升程?可变进气行程?可变进排气凸轮轴?

毕业论文煤气化工艺技术探讨

水煤浆气化技术论文篇二 德士古水煤浆气化技术的特点及应用 【摘要】水煤浆气化技术在我国由来已久,近年来,德士古水煤浆气化技术在我国的发展更为的迅速,其技术应用的范围也在不断的扩大,德士古水煤浆气化技术具有很多优点,因此,其应用还有待于进一步开发。本文将从以下几个方面来分析德士古水煤浆气化技术的特点及应用。 【关键词】德士古水煤浆气化技术;特点;应用;分析 中图分类号:X752 文献标识码:A 文章编号: 一、前言 目前,国内水煤浆气化的应用还存在一定的问题,选用何种技术成为了主要的关注点,因此,研究德士古水煤浆气化技术的特点及其在我国的应用具有很深远的现实意义。 二、煤气化原理及发展趋势 1、煤气化的原理 煤的气化反应是指气化剂(空气、水蒸气、富氧空气、工业氧气以及其相应混合物等)与碳质原料之间以及反应产物与原料、反应产物之间的化学反应。在气化炉内,煤炭要经历干燥、热解、气化和燃烧过程。 (一)湿煤中水分蒸发的过程: (二)热解(干馏)是煤受热后自身发生的一系列物理化学变化过程。一般来讲,热解的形式为:煤 煤气(CO2,CO,CH4,H2O,H2,NH3, H2S)+焦油+焦炭 (三)气化与燃烧过程。仅考虑煤的主要元素碳的反应,这些反应如下: a.碳-氧间的反应; b.碳-水蒸气间的反应; c.甲烷生成反应; 需要指出的是,以上所列诸反应为煤气化和燃烧过程的基本化学反应,不同过程可由上述或其中部分反应以串联或平行的方式组合而成。 2、煤气化技术的发展趋势 现代煤炭气化技术发展趋势如下: (一)气化压力向高压发展。气化压力由常压、低压(<)向高压() 气化发展,从而提高气化效率、碳转化率和气化炉能力。 (二)气化炉能力向大型化发展。大型化便于实现自动控制和优化操作,降低能耗和操作费用。 (三)气化温度向高温发展。气化温度高,煤中有机物质分解气化,消除或减少环境污染,对煤种适应性广。 (四)不断开发新的气化技术和新型气化炉,提高碳转化率和煤气质量,降低建设投资。目前碳转化率高达98%-99%,煤气中含CO+H2达到80%-90%。 (五)现代煤气化技术与其他先进技术联合应用。 (六)煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相结合,实现环境友好,减少污染。 三、国内应用上存在的问题与解决措施 1.存在的问题 (一)气化效率仍然低 当前在国内,在燃烧上多采用单喷嘴直喷的模式,像德士古炉,而华东理工大学则采用多嘴对喷,后者的改进虽然增强了利用的效率,但是其对耐火砖的损坏也相应的加大了。在整个气化装置中,采用单个喷嘴时,其容量受到了限制,这就制约了水煤浆气化的转化效率。当采用多对喷嘴时,喷嘴的寿命也同时受到了考验,在雾化方面的效果仍然不能得到完全的控制。 (二)耐火砖的寿命短 水煤浆中本身存在34%左右的水,它的存在会吸收大量的热,在转化过程中,反应的进行使得化学平衡容易遭受破坏,因此,在设计上安排了耐火砖来作内衬。耐火砖专为改善水煤浆气化而来,所以,好的耐火砖将会对气化产生重要的作用。而在实际转化过程中,耐火砖十分容易损坏,当转化炉的操作温度过高时,它将直接烧坏耐火砖。 (三)煤炭质量的影响在现今的转化中,煤浆的混合制成,也对煤中含灰量和灰熔点有着特定的要求,当煤的质量不能满足水煤浆的合成时,其气化的效果将降低,同时,在进一步的燃烧中,由于可燃物含量的低下使得将要获得热能减少。 四、德士古水煤浆气化技术工艺 水煤浆制气的德士古工艺见图 1: 五、德士古水煤浆气化技术特点 德士古加压水煤浆气化工艺与第一代煤气化工艺相比,主要是提高了气化压力和温度,从而改善了技术经济指标。扩大了煤种的适应范围,该气化炉属于喷流气化,以水煤浆方式进料,其气化压力为。 主要工艺特点如下: 1、煤种适应性强,主要以烟煤为主,对煤的活性没有严格要求,但对煤的灰熔点有一定要求。 2、水煤浆用泵连续输送,故气化炉操作稳定性好,输送方便并有利于环境改善。 3、碳转化率高达96%以上,排水中无焦油、酚等污染环境的副产物产生,同时煤气中甲烷含量低,是较为理想的合成原料气。 4、气化在加压下进行,气化强度高,设备体积小,布置紧凑而且能耗较低。 5、气化炉内无转动部件,其结构简单、可靠。 6、气体在气化炉内停留时间短,仅为几秒钟,因而气化操作弹性大。 7、气化炉高温下排出之熔渣性能稳定,对环境影响小。 德士古水煤浆气化技术,与无烟煤间歇气化及鲁奇(Lurgi)气化技术相比具有明显的优越性。该法常以灰融点低活性较好的煤质为主,对煤种有较宽的适应性。适宜于作生产合成氨和甲醇的原料气。因而该技术引入我国以后,引起合成氨企业及各界人事的普遍关注。 六、德士古水煤浆气化的应用 目前我国采用该技术的在运行装置有20多家。鲁南化肥厂、上海焦化厂、陕西渭河化肥厂、安徽淮南化工厂和黑龙江浩良河化肥厂是国内使用德士古水煤浆气化炉较早的厂家,德士古水煤浆气化炉的部分应用情况见表 1。 表 1 德士古德士古水煤浆气化的应用状况 七、水煤浆气化工艺前景展望 德士古加压水煤浆气化技术虽然是比较成熟的煤气化技术,但从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看,由于工程设计和操作经验的不完善,还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态,存在的问题还较多。 1、气化炉烧嘴运行周期较短,一般不超过 3 个月,这是造成德士古装置必须有备炉的主要原因; 2、耐火砖使用寿命国产约 1 a,进口约 2 a,导致维修费用较大; 3、单烧嘴制气,操作弹性较低;德士古加压水煤浆气化炉耐火砖的寿命问题仍然是一个难题,对于德士古水煤浆气化炉烧嘴的问题已有一些新的气化炉将单喷嘴改为对置式多喷嘴,可以增加热质传递,并且能提高碳的转化率。目前由兖矿集团有限公司、华东理工大学共同承担的国家高技术研究发展计划(863 计划)重大课题“新型水煤浆气化技术”就是将单喷嘴水煤浆气化炉改为对置式多喷嘴水煤浆气化炉,并配套生产甲醇和联产发电。多喷嘴对置式水煤浆气化技术含水煤浆制备工序、多喷嘴对置式水煤浆气化和煤气初步净化工序、含渣水处理工序。 多喷嘴对置式水煤浆气化技术自动化程度高,全部采用集散控制系统(DCS)控制,特别是氧煤比完全可以投自动串级控制。工业运行证实,该装置具有开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如的特点,操作的方便程度优于引进水煤浆气化装置。多喷嘴对置式水煤浆气化技术已被工程实践证实完全可行,工艺指标也极为先进,对初步的运行结果统计表明:有效气 CO+H2≥82%,碳转化率≥98%。通过工业化规模的气化炉的示范运行,我国在水煤浆气流床气化技术方面将达国际先进水平,具有自主知识产权的大型煤气化技术。 随着机械化采煤的发展,粉煤产率也在增加,利用此项技术可以解决粉煤的利用问题,也可以解决煤炭在洗选过程中产生的大量煤泥,利用水煤浆气化技术联合循环发电也具有广阔前景。今后煤化工的更多机会是发展新型煤化工,即煤制甲醇、煤烯烃、二甲醚和煤制油,煤气化生产甲醇及其下游产品的开发和 IGCC 联合发电也是新型煤化工的一个发展方向。新型煤化工将成为今后煤化工产业的发展主题。 八、结束语 在我国今后的水煤浆气化的发展过程中,可以更加深入的分析德士古水煤浆气化技术,通过充分利用其优势来提高其使用效果,从而提高我国水煤浆气化技术的整体质量水平。 【参考文献】 [1]陈俊峰.煤气化技术的发展现状及研究进展[J].广州化工,(5):31-33. [2]赵嘉博.刘小军.洁净煤技术的研究现状及进展[J].露天采矿技术.. [3]高丽. 德士古水煤浆加压气化技术的应用[J]. 煤炭技术,2010,07:161-162. [4]贾小军. 德士古水煤浆气化技术研究及其国产化创新[J]. 中国科技信息,2013,14:115. [5]崔嵬,吕传磊,徐厚斌. 德士古水煤浆加压气化技术的应用及创新[J]. 化肥工业,2000,06:7-8+17-58. 看了“水煤浆气化技术论文”的人还看: 1. 煤气化技术论文 2. 煤气化技术论文(2) 3. 煤炭气化技术论文(2) 4. 洁净煤燃烧技术论文 5. 大气污染控制技术论文

煤炭气化技术虽有很多种不同的分类方法,但一般常用按生产装置化学工程特征分类方法进行分类,或称为按照反应器形式分类。气化工艺在很大程度上影响煤化工产品的成本和效率,采用高效、低耗、无污染的煤气化工艺(技术)是发展煤化工的重要前提,其中反应器便是工艺的核心,可以说气化工艺的发展是随着反应器的发展而发展的,为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度,改善环境,新一代煤气化技术的开发总的方向,气化压力由常压向中高压( MPa)发展;气化温度向高温(1500~1600℃)发展;气化原料向多样化发展;固态排渣向液态排渣发展。 固定床气化也称移动床气化。固定床一般以块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加入,气化剂由炉底加入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化,即固体颗粒处于相对固定状态,床层高度亦基本保持不变,因而称为固定床气化。另外,从宏观角度看,由于煤从炉顶加入,含有残炭的炉渣自炉底排出,气化过程中,煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动,因而又称为移动床气化。固定床气化的特性是简单、可靠。同时由于气化剂于煤逆流接触,气化过程进行得比较完全,且使热量得到合理利用,因而具有较高的热效率。固定床气化炉常见有间歇式气化(UGI)和连续式气化(鲁奇Lurgi)2种。前者用于生产合成气时一定要采用白煤(无烟煤)或焦碳为原料,以降低合成气中CH4含量,国内有数千台这类气化炉,弊端颇多;后者国内有20多台炉子,多用于生产城市煤气;该技术所含煤气初步净化系统极为复杂,不是公认的首选技术。(1)、固定床间歇式气化炉(UGI)以块状无烟煤或焦炭为原料,以空气和水蒸气为气化剂,在常压下生产合成原料气或燃料气。该技术是30年代开发成功的,投资少,容易操作,目前已属落后的技术,其气化率低、原料单一、能耗高,间歇制气过程中,大量吹风气排空,每吨合成氨吹风气放空多达5 000 m3,放空气体中含CO、CO2、H2、H2S、SO2、NOx及粉灰;煤气冷却洗涤塔排出的污水含有焦油、酚类及氰化物,造成环境污染。我国中小化肥厂有900余家,多数厂仍采用该技术生产合成原料气。随着能源政策和环境的要来越来越高,不久的将来,会逐步为新的煤气化技术所取代。(2)、鲁奇气化炉30年代德国鲁奇(Lurgi)公司开发成功固定床连续块煤气化技术,由于其原料适应性较好,单炉生产能力较大,在国内外得到广泛应用。气化炉压力(~)MPa,气化反应温度(800~900)℃,固态排渣,气化炉已定型(MK~1~MK-5),其中MK-5型炉,内径,投煤量(75~84)吨/h,粉煤气产量(10~14)万m3/h。煤气中除含CO和H2外,含CH4高达10%~12%,可作为城市煤气、人工天然气、合成气使用。缺点是气化炉结构复杂、炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等转动设备,制造和维修费用大;入炉煤必须是块煤;原料来源受一定限制;出炉煤气中含焦油、酚等,污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多、炉渣含碳5%左右。针对上述问题,1984年鲁奇公司和英国煤气公司联合开发了液体排渣气化炉(BGL),特点是气化温度高,灰渣成熔融态排出,炭转化率高,合成气质量较好,煤气化产生废水量小并且处理难度小,单炉生产能力同比提高3~5倍,是一种有发展前途的气化炉。 流化床气化又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料,这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下,保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动,迅速地进行着混合和热交换,其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床气化能得以迅速发展的主要原因在于:(1)生产强度较固定床大。(2)直接使用小颗粒碎煤为原料,适应采煤技术发展,避开了块煤供求矛盾。(3)对煤种煤质的适应性强,可利用如褐煤等高灰劣质煤作原料。流化床气化炉常见有温克勒(Winkler)、灰熔聚(U-Gas)、循环流化床(CFB)、加压流化床(PFB是PFBC的气化部分)等。(1)、循环流化床气化炉CFB鲁奇公司开发的循环流化床气化炉(CFB)可气化各种煤,也可以用碎木、树皮、城市可燃垃圾作为气化原料,水蒸气和氧气作气化剂,气化比较完全,气化强度大,是移动床的2倍,碳转化率高(97%),炉底排灰中含碳2%~3%,气化原料循环过程中返回气化炉内的循环物料是新加入原料的40倍,炉内气流速度在(5~7)m/s之间,有很高的传热传质速度。气化压力。气化温度视原料情况进行控制,一般控制循环旋风除尘器的温度在(800~1050)℃之间。鲁奇公司的CFB气化技术,在全世界已有60多个工厂采用,正在设计和建设的还有30多个工厂,在世界市场处于领先地位。CFB气化炉基本是常压操作,若以煤为原料生产合成气,每公斤煤消耗气化剂水蒸气,氧气,可生产煤气 (~)m3。煤气成份CO+H2>75%,CH4含量左右, CO215%,低于德士古炉和鲁奇MK型炉煤气中CO2含量,有利于合成氨的生产。(2)、灰熔聚流化床粉煤气化技术灰熔聚煤气化技术以小于6mm粒径的干粉煤为原料,用空气或富氧、水蒸气作气化剂,粉煤和气化剂从气化炉底部连续加入,在炉内(1050~1100)℃的高温下进行快速气化反应,被粗煤气夹带的未完全反应的残碳和飞灰,经两极旋风分离器回收,再返回炉内进行气化,从而提高了碳转化率,使灰中含磷量降低到10%以下,排灰系统简单。粗煤气中几乎不含焦油、酚等有害物质,煤气容易净化,这种先进的煤气化技术中国已自行开发成功。该技术可用于生产燃料气、合成气和联合循环发电,特别用于中小氮肥厂替代间歇式固定床气化炉,以烟煤替代无烟煤生产合成氨原料气,可以使合成氨成本降低15%~20%,具有广阔的发展前景。U-Gas在上海焦化厂(120吨煤/天)1994年11月开车,长期运转不正常,于2002年初停运;中科院山西煤化所开发的ICC灰熔聚气化炉,于2001年在陕西城化股份公司进行了100吨/天制合成气工业示范装置试验。CFB、PFB可以生产燃料气,但国际上尚无生产合成气先例;Winkler已有用于合成气生产案例,但对粒度、煤种要求较为严格,甲烷含量较高(~),而且设备生产强度较低,已不代表发展方向。 气流床气化是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类;从专利上分,Texaco、Shell最具代表性。前者是先将煤粉制成煤浆,用泵送入气化炉,气化温度1350~1500℃;后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉,在1500~1900℃高温下气化,残渣以熔渣形式排出。在气化炉内,煤炭细粉粒经特殊喷嘴进入反应室,会在瞬间着火,直接发生火焰反应,同时处于不充分的氧化条件下,因此,其热解、燃烧以吸热的气化反应,几乎是同时发生的。随气流的运动,未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒子高速运动,运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动状态,相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”,习惯上称为气流床气化。气流床气化具有以下特点:(1)短的停留时间(通常1s);(2)高的反应温度(通常1300-1500℃);(3)小的燃料粒径(固体和液体,通常小于);(4)液态排渣。而且,气流床气化通常在加压(通常20-50bar)和纯氧下运行。气流床气化主要有以下几种分类方式:(1)根据入炉原料的输送性能可分为干法进料和湿法进料;(2)根据气化压力可分为常压气化和加压气化;(3)根据气化剂可分为空气气化和氧气气化;(4)根据熔渣特性可分为熔渣气流床和非熔渣气流床。在熔渣气流床气化炉中,燃料灰分在气化炉中熔化。熔融的灰分在相对较冷的壁面上凝聚并最终形成一层保护层,然后液态熔渣会沿着该保护层从气化炉下部流出。熔渣的数量应保证连续的熔渣流动。通常,熔渣质量流应至少占总燃料流的6%。为了在给定的温度下形成具有合适粘度的液态熔渣,通常在燃料中添加一种被称为助熔剂的物质。这种助熔剂通常是石灰石和其它一些富含钙基的物质。在非熔渣气流床气化炉中,熔渣并不形成,这就意味着燃料必须含有很少量的矿物质和灰分,通常最大的灰分含量是1%。非熔渣气流床气化炉由于受原料的限制,因此工业上应用的较少。气流床对煤种(烟煤、褐煤)、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性,国际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作,其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。干粉进料的主要有K-T(Koppres-Totzek)炉、Shell- Koppres炉、Prenflo炉、Shell炉、GSP炉、ABB-CE炉,湿法煤浆进料的主要有德士古(Texaco)气化炉、Destec炉。(1)、德士古(Texaco)气化炉美国Texaco(2002年初成为Chevron公司一部分,2004年5月被GE公司收购)开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为60~65%的水煤浆,用纯氧作气化剂,在高温高压下进行气化反应,气化压力在~之间,气化温度1400℃,液态排渣,煤气成份CO+H2为80%左右,不含焦油、酚等有机物质,对环境无污染,碳转化率96~99%,气化强度大,炉子结构简单,能耗低,运转率高,而且煤适应范围较宽。目前Texaco最大商业装置是Tampa电站,属于DOE的CCT-3,1989年立项,1996年7月投运,12月宣布进入验证运行。该装置为单炉,日处理煤2000~2400吨,气化压力为,氧纯度为95%,煤浆浓度68%,冷煤气效率~76%,净功率250MW。Texaco气化炉由喷嘴、气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。其中喷嘴为三通道,工艺氧走一、三通道,水煤浆走二通道,介于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题,主要是由于水煤浆在较高线速下(约30m/s)对金属材质的冲刷腐蚀。喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。80年代末至今,中国共引进多套Texaco水煤浆气化装置,用于生产合成气,我国在水煤浆气化领域中积累了丰富的设计、安装、开车以及新技术研究开发经验与知识。从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看,主要优点:水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠;设备国产化率高,投资省。由于工程设计和操作经验的不完善,还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态,存在的问题还较多,主要缺点:喷嘴寿命短、激冷环寿命仅一年、褐煤的制浆浓度约59%~61%;烟煤的制浆浓度为65%;因汽化煤浆中的水要耗去煤的8%,比干煤粉为原料氧耗高12%~20%,所以效率比较低。(2)、Destec(Global E-Gas)气化炉Destec气化炉已建设2套商业装置,都在美国:LGT1(气化炉容量2200吨/天,,1987年投运)与Wabsh Rive(二台炉,一开一备,单炉容量2500吨/天,,1995年投运)炉型类似于K-T,分第一段(水平段)与第二段(垂直段),在第一段中,2个喷嘴成180度对置,借助撞击流以强化混合,克服了Texaco炉型的速度成钟型(正态)分布的缺陷,最高反应温度约1400℃。为提高冷煤气效率,在第二阶段中,采用总煤浆量的10%~20%进行冷激(该点与Shell、Prenflo的循环没气冷激不同),此处的反应温度约1040℃,出口煤气进火管锅炉回收热量。熔渣自气化炉第一段中部流下,经水冷激固化,形成渣水浆排出。E-Gas气化炉采用压力螺旋式连续排渣系统。Global E-Gas气化技术缺点为:二次水煤浆停留时间短,碳转化率较低;设有一个庞大的分离器,以分离一次煤气中携带灰渣与二次煤浆的灰渣与残炭。这种炉型适合于生产燃料气而不适合于生产合成气。(3)、Shell气化炉最早实现工业化的干粉加料气化炉是K-T炉,其它都是在其基础之上发展起来的,50年代初Shell开发渣油气化成功,在此基础上,经历了3个阶段:1976年试验煤炭30余种;1978年与德国Krupp-Koppers(krupp-Uhde公司的前身)合作,在Harburg建设日处理150t煤装置;两家分手后,1978年在美国Houston的Deer Park建设日处理250t高硫烟煤或日处理400t高灰分、高水分褐煤。共费时16年,至1988年Shell煤技术运用于荷兰Buggenum IGCC电站。该装置的设计工作为年,1990年10月开工建造,1993年开车,1994年1月进入为时3年的验证期,目前已处于商业运行阶段。单炉日处理煤2000t。Shell气化炉壳体直径约,4个喷嘴位于炉子下部同一水平面上,沿圆周均匀布置,借助撞击流以强化热质传递过程,使炉内横截面气速相对趋于均匀。炉衬为水冷壁(Membrame Wall),总重500t。炉壳于水冷管排之间有约间隙,做安装、检修用。煤气携带煤灰总量的20%~30%沿气化炉轴线向上运动,在接近炉顶处通入循环煤气激冷,激冷煤气量约占生成煤气量的60%~70%,降温至900℃,熔渣凝固,出气化炉,沿斜管道向上进入管式余热锅炉。煤灰总量的70%~80%以熔态流入气化炉底部,激冷凝固,自炉底排出。粉煤由N2携带,密相输送进入喷嘴。工艺氧(纯度为95%)与蒸汽也由喷嘴进入,其压力为~。气化温度为1500~1700℃,气化压力为。冷煤气效率为79%~81%;原料煤热值的13%通过锅炉转化为蒸汽;6%由设备和出冷却器的煤气显热损失于大气和冷却水。Shell煤气化技术有如下优点:采用干煤粉进料,氧耗比水煤浆低15%;碳转化率高,可达99%,煤耗比水煤浆低8%;调解负荷方便,关闭一对喷嘴,负荷则降低50%;炉衬为水冷壁,据称其寿命为20年,喷嘴寿命为1年。主要缺点:设备投资大于水煤浆气化技术;气化炉及废锅炉结构过于复杂,加工难度加大。我公司直接液化项目采用此技术生产氢气。(4)、GSP气化炉GSP(GAS Schwarze Pumpe)称为“黑水泵气化技术”,由前东德的德意志燃料研究所(简称DBI)于1956年开发成功。目前该技术属于成立于2002年未来能源公司(FUTURE ENERGY GmbH)(Sustec Holding AG子公司)。GSP气化炉是一种下喷式加压气流床液态排渣气化炉,其煤炭加入方式类似于shell,炉子结构类似于德士古气化炉。1983年12月在黑水泵联合企业建成第一套工业装置,单台气化炉投煤量为720吨/天,1985年投入运行。GSP气化炉目前应用很少,仅有5个厂应用,我国还未有一台正式使用,宁煤集团(我公司控股)将要引进此技术用于煤化工项目。总之,从加压、大容量、煤种兼容性大等方面看,气流床煤气化技术代表着气化技术的发展方向,水煤浆和干煤粉进料状态各有利弊,界限并不十分明确,国内技术界也众说纷纭。

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工程地质勘察报告的论文

随着个人的文明素养不断提升,报告与我们愈发关系密切,我们在写报告的时候要注意逻辑的合理性。那么,报告到底怎么写才合适呢?以下是我收集整理的工程地质勘察报告的论文,仅供参考,欢迎大家阅读。

论文摘要: 公路工程地质勘察报告是公路路基、构筑物设计和施工的重要依据。报告要充分搜集利用相关的工程地质资料,做到内容齐全,论据充足,重点突出,正确评价公路构筑物的场地条件、地基岩土条件和特殊问题,为公路工程设计和施工提供合理适用的建议。

论文关键词 :公路工程地质勘察报告报告编写

公路工程地质勘察报告是公路工程地质勘察的最终成果,是公路路基及构筑物地基基础设计和施工的重要依据。报告是否正确反映工程地质条件和岩土工程特点,关系到工程设计和施工能否安全可靠、措施得当、经济合理。当然,不同的工程项目,不同的勘察阶段,报告反映的内容和侧重有所不同。下面谈一谈有关公路工程地质勘察报告的编写工作。

一、公路工程地质勘察内容

1.路线工程地质勘察。主要查明与路线方案及路线布设有关的地质问题。选择地质条件相对良好的路线方案,在地形、地质条件复杂的地段,重点调查对路线方案与路线布设起控制作用的地质问题,确定路线的合理布设。

2.路基、路面工程地质勘察。在初勘、定测阶段,根据选定的路线位置,对中线两侧一定范围的地带,进行详细的工程地质勘察,为路基路面的设计与施工提供工程地质和水文地质资料。

3.桥涵工程地质勘察。按初勘、详勘阶段的不同深度要求,进行相应的工程地质勘察,为桥涵的基础设计提供地质资料。一是对各比较方案进行调查,配合路线、桥梁专业人员,选择地质条件比较好的桥位;二是对选定的桥位进行详细的工程地质勘察,为桥梁及其附属工程的设计和施工提供所需要的地质资料。

4.隧道工程地质勘察。隧道多是路线布设的控制点且影响路线方案的选择。通常包括两项内容:一是隧道方案与位置的选择,包括隧道与展线或明挖的比较;二是隧道洞口与洞身的勘察。

5.天然筑路材料工程地质勘察。筑路材料勘察的任务是充分发掘、改造和就近利用沿线的一切材料对分布在沿线的天然筑路材料和工业废料,按初勘和详勘阶段的不同深度进行勘察,为公路设计提供筑路材料的资料。

二、报告的编制程序

1.外业实物工作量的汇集、检查和统计。此项工作应于外业结束后即进行。首先应检查各项资料是否齐全,特别是试验资料是否出全,同时可编制测量成果表、勘察工作量统计表和勘探点

(钻孔)工程地质平面图。

2.对照原位测试和土工试验资料,校正现场地质编录。这是一项很重要的工作,但往往被忽视,从而出现野外定名与试验资料相矛盾,鉴定砂土的状态与原位测试和试验资料相矛盾。

3.对整个报告进行框架结构规划。由于公路工程地质有其特殊性,属于多专业合作工程。因此,对整个报告提前进行整体框架结构规划是十分必要的。

4.编绘钻孔工程地质综合柱状图。柱状图中标明各层的地质年代、成因类型、承载力基本容许值、摩阻力标准值和地下水位及地质描述。

5.划分岩土工程地质层,编制分层统计表,进行数理统计。地基岩土的分层恰当与否,直接关系到评价的正确性和准确性。因此,此项工作必须按地质年代、成因类型、岩性、状态、风化程度、物理力学特征来综合考虑,正确地划分每一个单元的岩土层。另外应注意,工程地质层的划分,不是越细越好,当然也不是越粗越好,除了遵循一般的划分原则之外,还应结合工程对象进行划分。在正确划分出工程地质层后,编制分层统计表。最后,进行分层试验资料的数理统计,查算分层承载力。

6.编绘工程地质纵断面图和其他专门图件。公路工程地质纵断面图是公路工程地质勘察报告的重要组成部分,对公路工程的设计和施工有着重要意义。

7.编写工点工程地质勘察报告。按以上顺序进行工作可减少重复,提高效率;避免差错,保证质量。

8.编写全线工程地质总说明书。总说明书是报告的核心框架,它全面地分析了整条路线的工程特征,是设计人员掌握全线地质情况的指南。

三、全线工程地质总说明书论述的主要内容

一个完整的全线工程地质总说明书应由下面几部分组成:

1.前言:要叙述工程概况、勘察的目的和任务,勘察依据、勘察的方法和完成的工作量。本部分重点要注意的是:公路的等级,勘察所属阶段,编制报告所使用的规范、规程一定要保证是现行版本,已经废弃的规范不能作为勘察依据。

2.工程地质条件:自然地理、气象和水文条件、地形地貌、区域地质构造、区域地层岩性、工程地质分区。地震活动性和抗震设计主要参数、沿线不良地质和特殊性岩土问题、水文地质特征。

3.岩土的主要物理力学指标:本部分主要是把整条路线的岩土参数,按照岩土形成时间、成因及性质进行数据分类统计分析,然后依据分析结果对各类岩土进行概括性评价。

4.工程地质评价:包括勘区稳定性和适宜性的评价、重点工点工程地质评价和路线方案评价。对于路线方案的比较,主要根据各路线方案所经地区的地质情况的差异进行比较分析,最终推荐出地质情况相对较好的路线方案。

5.沿线天然筑路材料:取土场要依据有关规范的要求,根据土料强度CBR、含水率W、液限WP、塑性指数Ip等参数对料场质量进行评述。

6.结论及建议:结论是勘察报告的精华,一般包括以下几点:

(1)区域地质构造单元、地震参数和建筑适宜性的评价;勘区不良地质、特殊性岩土的分布及地质灾害对工程影响的大小;

(3)重要构筑物的地基情况、基础形式及其他处理措施;

(4)勘区内的`地下水及地表水的腐蚀性评价;

(5)路线方案的评选;

(6)其他需要专门说明的问题。

7.附表及附图:全线工程地质总说明书的附表和附图主要包括:完成工程量一览表、地震液化判别计算表、水质评价表、水质分析报告、路基分段说明表、不良地质地段表、区域地质构造图、路线工程地质平面图、路线工程地质纵断面图、取土场工程地质柱状图、路基工程地质柱状图等。

四、工点工程地质勘察报告的内容

应根据任务要求、勘察阶段、地质条件、工程特点等具体情况确定,主要包括以下内容:

1.拟建工程概述,介绍拟建构筑物的地理位置、中心里程和规模。

2.勘察方法和勘察任务布置,介绍本工点所使用的勘察手段及布设工作量的多少。

3.地质地貌概况,应从以下三个方面加以论述:

(1)地质结构。主要阐述的内容是:地层

(岩石)、岩性、厚度;构造形迹,路线所经地区的构造状况,构造与线路关系及影响程度;岩

层中节理、裂隙发育情况和风化、破碎程度;地貌。包括勘察场地的地貌部位、主要形态、次一级地貌单元划分;

(3)不良地质现象。包括勘察场地及其周围有无滑坡、崩塌、塌陷、潜蚀、冲沟、地裂缝等不良地质现象。

4.地基岩土分层及其物理力学性质,这一部分是工点工程地质勘察报告着重论述的问题,为工程地质评价、基础类型和地基处理方案建议提供基础数据。下面介绍分层的原则和分层叙述的内容:

(1)分层原则。土层按地质时代、成因类型、岩性、状态和物理力学性质划分;岩层按岩性、风化程度、物理力学性质划分。厚度小、分布局限的可作夹层处理,厚度小而反复出现可作互层处理。

分层编号方法。常见三种编号法:第一,从上至下连续编号,即①、②、③……层;第二,土层、岩层分别连续编号,如土层Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3……岩层Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3……第三,按土、石大类和土层成因类型分别编号。如某工地填土1;冲积黏土2-1、冲积粉质黏土2-2,冲积细砂2-3;残积可塑状粉质黏土3-1、残积硬塑状粉质黏土3-2;强风化花岗岩4-1,中风化花岗岩4-2,微风花岗岩4-3。目前,大多数分层是采用第一种方法,并已逐步地加以完善。总之,地基岩土分层编号、编排方法应根据勘察的实际情况,以简单明了,叙述方便为原则。

(3)分层叙述内容。对每一层岩土,要叙述如下的内容:

分布:通常有“普遍”、“较普遍”、“广泛”、“较广泛”、“局限”、“仅见于”等用语。

埋藏条件:包括层顶埋藏深度、标高、厚度。

岩性和状态:土层,要叙述颜色、成分、饱和度、稠度、密实度、分选性等;岩层,要叙述颜色、矿物成分、结构、构造、节理裂隙发育情况、风化程度、岩心完整程度;裂隙的发育情况,要描述裂隙的产状、密度、张闭性质、充填情况;关于岩心的完整程度,除区分完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎外,还应描述岩心的形状,即区分出长柱状、短柱状、饼状、碎块状等。

取样和试验数据:应叙述取样个数、主要物理力学性质指标。对叙述的每一物理力学指标,应有最大值、最小值、平均值和经数理统计后的修正值。

原位测试情况:包括试验类别、次数和主要数据。也应叙述其最大值、最小值、平均值和经数理统计后的修正值。

承载力:据土工试验资料和原位测试资料分别查算承载力基本容许值和摩阻力标准值。

5.地下水简述:地下水是决定场地工程地质条件的重要因素。报告中一般涉及有关地下水的参数有:

(1)地下水埋藏条件:是孔隙水,或是裂隙水,或是岩溶水;是承压水,或是潜水,或是滞水,或是层间水,含水岩组的岩性,渗透性大小空间分布特征。地下水的动态:水位水量随年度、季节等时段的变化规律和幅度大小,水质变化情况,径流方向的变化。

(3)补径排条件:补给区在哪,补给量多大,补给范围多大;径流区在哪,径流量多大,径流方向如何;排泄区在哪,排汇量多少。

(4)水质特征:一般性指标,腐蚀性指标,特殊指标

(如矿泉水)。

6.场地稳定性和适宜性的评价:场地稳定性评价主要是选址和初勘阶段的任务。应从以下几个方面加以论述:

(1)场地所处的地质构造部位,有无活动断层通过,附近有无发震断层;地震基本烈度,地震动峰值加速度;

(3)场地所在地貌部位,地形平缓程度,是否临江河湖海,或临近陡崖深谷;

(4)场地及其附近有无不良地质现象,其发展趋势如何;

(5)地层产状,节理裂隙产状,地基土中有无软弱层或可液化砂土;

(6)地下水对基础有无不良影响。报告对场地稳定性作出评价的同时,应对不良地质作用的防治,增强建筑物稳定性方面的措施提供建议。

7.其他专门要求,论述的问题对于设计部门提出的一些专门问题,报告应予以论述。

8.结论与建议。一般来说,上列概述、地基岩土分层及其物理力学性质、地下水简述和结论与建议等四项,是每个勘察报告必须叙述的内容。总之,要根据勘察项目的实际情况,尽量做到报告内容齐全、重点突出、条理通顺、文字简练、论据充实、结论明确、简明扼要、合理适用。

9.对于公路工程中的收费站及服务区的勘察及报告编写,属于工业与民用建筑范畴,要依据现行版的《岩土工程勘察规范》、《建筑地基基础设计规范》、《建筑地震设计规范》和其他相关规范。

五、工程地质图表编制要点

1.综合工程地质平面图,在总说明中的附图,要求提纲契领,应纲要性标出各种工程地质现象,或可作专门图件,不能图省事以“路线工程地质平面图”来替代“综合工程地质平面图”。

2.勘探点平面布置图,勘探点平面布置图是在地形图上标明工程构筑物、各勘探点、各现场原位测试点以及勘探剖面线的位置,并注明各勘探点、原位测试点的坐标及高程。该图应在较大比例尺的工程地质图上进行编制,地形地貌复杂时应专门作测绘工作。

3.钻孔柱状图,反映场地的地层变化情况,在图上应标明地层代号、岩土分层序号、层底深度、层底标高、层厚、地质柱状图、钻孔结构、岩心采取率、岩土取样深度和样号、原位测试深度和相关数据。在柱状图的上方,应标明钻孔编号、里程、坐标、孔口标高、地下水静止水位埋深、施工日期等。柱状图比例尺一般采用整比例,如1∶100或1∶150。

4.工程地质剖面图,此图是作为地基基础设计的主要图件。其质量好坏的关键在于:剖面线的布设是否恰当;地基岩土分层是否正确;分层界线,尤其是透镜体层、岩性渐变线的勾连是否合理;剖面线纵横比例尺的选择是否恰当。理论上剖面比例尺的选择,应尽量使纵、横比例尺一致或相差不大,以便真实反映地层产状,但由于公路工程中的构筑物一般呈条带状,如大中桥等,致使纵、横比例尺一般相差较大,一般横比例尺采用

(1∶2000),受报告篇幅影响,纵比例尺一般采用

(1∶200)~

(1∶500),具体比例要按钻孔的深度而定。在剖面图上,必须标上剖面线号,如6-6′或F-F′。剖面中各孔柱,应标明分层深度、钻孔孔深和岩性花纹,以及岩土取样位置及原位测试位置和相关数据。在剖面图旁侧,应用垂直线比例尺标注标高,孔口高程须与标注的标高一致。剖面上邻孔间的距离用数字写明,并附上岩性图例。

5.土工试验成果表,主要有抗剪强度曲线、压缩曲线等,一般由土工试验室提供。

6.现场原位测试图件,包括载荷试验、标准贯入试验、重型动力触探试验、十字板剪切试验等的成果图件。

7.桩基力学参数表,如果建议采用桩基础,应按选用的桩型列出分层桩周摩擦力,并考虑桩的入土深度确定桩端土承载力。除上述附表之外。有的分层复杂时,应编制地基岩土划分及其埋藏条件表。

8.其他专门图件,对于特殊地质条件及专门性工程,根据各自的特殊需要,绘制相应的专门图件等。

六、结语

本文简单介绍了公路工程地质勘察报告的编制方法,由于公路工程的勘察阶段较多,线路工程所跨越的地质单元繁杂,一般每个工程对报告的编制都会有特殊的要求,因此本文很难将各种情况一一尽述,更详尽的内容,有待于进一步论述。

参考文献

公路工程地质勘察规范(JTJ064-98)[S].工程地质手册(第四版).

钱让清.公路工程地质(第二版)[M].中国科学技术大学出版社,2005.

韦枝桂,吴茂富.浅谈岩土工程勘察报告的编写工作[J].西部探矿工程,2004,(4).

工程地质勘查论文

工程地质勘查为调查工作,进行是为了研究影响建筑的地质因素,水文条件、一些天然的地质现象、岩土的力学性质及地质构造为地质勘查的主要因素。以下是我整理的工程地质勘查论文,欢迎阅读。

1 岩土工程地质勘察技术应用现状

地质勘察的技术问题

岩土工程地质勘察工作是确保岩土工程能够实施的关键所在。

目前在地质勘察技术应用过程中还存在着一些问题。地质勘察人员在勘察过程中,需要根据岩土的各种性质来对界面进行划分,从而区别性进行对待,但在实际工作中,界面划分上缺乏针对性。在对岩土进行取样时全面性,特别是在取样时某些原状岩土样本极易被忽视,这就导致岩土室内试验缺乏全面性, 其所得出来的各项参数触及面狭窄。

部分岩土地质勘察人员由于自身勘察能力不高,这就导致野外作业和资料整理分析的能力有限, 使其无法有效的胜任勘察工作的实际需求。另外在勘察工作中,与建筑结构的结合缺乏,往往造成勘察工作存在较强的片面性。

导致地质勘察技术问题存在的原因

首先,地质勘察过程中勘察依据不足,在勘察报告中缺乏对建筑项目相关资料的分析,这就导致在勘察工作中不能有针对性的进行勘测点的布置, 从而所勘察出来的结果会无法满足建筑工程施工的要求。 而且工程所处范围内的最大限度荷载也没有进行综合考虑,这就导致勘察工作不到位情况的发生。 特别是在工程桩基施工过程中,如果某地段如果有特殊的岩土结构出来,则在桩基施工过程中需要改用水桩,这就需要对建筑物结构设计进行重新修改,导致大量的人力、物力和财力资源浪费发生。

其次,勘察工作缺乏合理性。 在勘察过程中,由于不同建筑物的在勘察工作中其勘察间距及勘察点布置都具有较大的差别性,但在勘察工作具体操作过程中,由于作业不按规范要求进行,从而导致孔深不足及勘察点超范围等现象时常发生。 在地质勘察工作中,由于对勘察等级缺乏考虑,这就导致往往按普通标准进行的地质勘察时,在测试过程中发现地基条件良好,但在后期剪切波速测试过程中往往会发现在钻孔深度内存在特殊结构的岩层。 最后,当前地质勘察水平较为落后,在碎石土层时,往往采用静力触探法进行,这就导致触控试验过程中缺乏连贯性, 在对岩层进行钻进过程中,由于对岩心采取率较为忽略,从而导致钻探效果缺乏全面性。

2 岩土工程地质勘察技术

地质勘察测绘

岩土工程地质勘测测绘,是对岩土的地貌地形、变化情况和地质条件等情况进行测绘,具体内容包括:在岩土工程勘察界限内外的一定宽度内,调查是否存在滑坡、土洞和坍塌等不良地质现象,以及岩石、软弱层地质体的出露部位、范围和分布,按照一定比例将这些调查内容标示在图纸之上;岩土所在地的气候等水文气象,以及周边生活和生产建筑物对岩土的破坏程度等的调查,并对岩石的特征、风化程度,所在位置的地貌与岩土层关系进行分析,初步划分地貌单元;调查岩土位置的地下水情况,包括地下水的类型、水位情况和流量等,并按照一定比例标示在测绘图纸上。 以上的调查内容除了标示在图纸之上,还要进行调查情况的野外照相或者素描,作为编制地质勘查报告的基本资料。

钻探技术

在岩土工程地质勘察工作中, 需要通过岩土钻探来掌握第一手资料,而且在钻探过程中对其技术性要求较高,所以在钻探过程中需要有效的掌握一些切实可行的方法,确保钻探技术水平能够更好的发挥出来。

1)钻探技术的选择。在不同的地质环境下,所选择的钻探技术也会有所不同。 当钻探在地下水以上的地层进行时,采用勺型钻锤击干法掏土钻进法为宜,这种钻探方法具有简单和便捷的特点,但利用这种方法进行钻探过程中会给土层带来较大的干扰,所以当钻探深度具有较高要求时,这种方法则不宜使用。 当针对多种岩土工程勘察的深度时,则可以利用岩芯回转泥浆护壁钻进法进行钻探。 在普通地质勘察工作中,往往会选择双管单动个别进、冲击钻探等钻进方法进行工作。

2)钻进深度的控制。在对岩土层的分层深度进行测量时,需要严格控制误差,确保其测量误差在小于 5cm. 在利用岩芯回转泥浆护壁钻进法进行钻进过程中, 为了能够更好的实现对分层精度的控制,则需要严格控制非连续取芯钻进的回次进尺,通常情况下是需要将其控制在 2m之内。

3)针对不同性质的'岩土,控制取芯率。当岩土性质不同时,则需要针对不同性质来对其取芯率进行控制。 对于土层其取芯率需要达到 100%, 在对岩石风化的残积土进行钻探时, 其取芯率则以85%为宜。而半岩半土的取芯率控制在 90%,破碎岩控制在 65%,软质岩控制在 65%,而完整岩则将其取芯率控制在 80%为最佳。

4)在钻进过程中,需要根据钻进的回次来对钻探记录进行填写,这些记录可以作为钻探技术进行应用时的必要依据。

取样和试验技术

首先,取样技术。 取样需要根据工程地基的情况进行采取,一般采集中风化和微风化岩的上部位置, 因为这些风化带具有过渡的特点,而上部位置就具有代表意义,其他位置超风化带实验值过于离散。

采集后的样本做及时蜡封处理,用胶带包括岩样,以防止其水分流失,并分类妥善保存,每种样本都要有标签清楚记录孔段的深度,然后送到土木试验地点进行土样和岩样的分析和试验。其次,原位试验,即在保证检测对象不被扰动和破坏的天然状态下,通过各种试验手法进行指标测定。 原位试验是岩土工程地质勘察的重要部分,获取岩土的设计参数,也是岩土工程施工质量检验的重要手段。 原位试验的方法很多,包括荷载、静力触探和标准贯入试验等。

试验方法具体根据工程条件和需求而定,常用的试验方法是标准贯入试验法。根据《 建筑地基基础设计规范》规定,标准贯入试验是自动落锤的试验法。该法应根据地基的条件,以 1~为一次钻进单元深度,如果地质为松土,则钻进深度应该结合实际而定, 风化残积土和全风化带钻进以 为一次钻进单元深度,强风化带以 2~为一次钻进单元深度。 最后,编写地质勘察报告。 严格按照相关规定要求进行编写,编写的前应该将各类勘察资料进行汇总整理,结合实际拟定大纲后再进行编写,内容包括勘察基本内容、地质条件、工程分析评价以及相关的结论和建议。

3 结论

岩土工程地质勘察属于综合型的工作,不仅具有复杂性,而且还具有较强的多变性特点,当前岩土工程地质勘察技术在应用过程中还存在一些不足之处, 所以需要针对产生这些问题存在的原因进行分析,从综合运用各种勘察技术来提高地质勘察的技术含量,综合、客观的对地质环境进行判断和评价,确保为建筑工程的施工提供科学的各项岩土工程地质勘察数据,确保施工的顺利进行。

参考文献

[1] 刘湛省。岩溶地区铁路工程地质勘察浅探[J].西部探矿工程,2010( 7) :15.

[2] 刘群。对堤防工程地质勘察规程中若干问题的探讨[J].人民长江,2015( 1) :14.

[3] 张淑杰。岩土工程地质勘察中控制质量的因素分析[J].黑龙江科学,2014( 10) :15.

钻探技术类毕业论文

石油工程钻井论文

随着经济的发展,人们对石油的需求不断增长,为满足人们需求,石油工程技术也呈现出了不断发展的趋势。以下是我搜索整理一篇石油工程钻井论文,欢迎大家阅读!

摘要: 石油钻井工程技术是石油工程技术中的重要部分,为提升钻井速度,提高钻井质量,黑龙江大庆油田有限公司也加强了对这一技术的研究。本文就石油工程技术钻井技术进行了研究分析。

关键词: 石油工程技术;钻井技术;研究

石油的开采中,石油工程技术具有重要地位,石油钻井技术则是石油工程技术中的重要部分。为充分满足现阶段人们对石油的需求,石油企业也应加强对石油工程技术中钻井技术的研究,以提升钻井效率和工作质量,以推动我国石油开发与勘探工作的进一步发展。

1、石油钻井技术相关概述

近年来,我国石油产业得到了巨大的发展,石油技术方面也取得了显著的成就。尤其是近十年,越来越多的先进技术被引入石油工程[1]。尤其是钻井技术的应用,使我国的油气储备量大大增加,对石油的开采也从以往的地面转向了海洋、深层等难度较大的区域,有效提升了我国的'油气产量。而石油工程钻井技术的创新发展,也成为了现阶段石油企业发展的关键。

2、主要石油钻井技术研究

石油工程技术水平钻井技术研究

水平钻井技术是一种定向钻井技术[2]。在实际运用过程中,需要利用井底动力工具、随钻测量仪器等,钻井完成时的斜角应保持86°以上。这一技术的应用时间较早,大庆油田在这一技术的研究应用中,抓住了动态监控、上下方位调整,钻具平稳、多开转盘等技术要点。其中,上下调整是要求工作人员能够对井斜角和铅垂位置进行调整,动态监控是实现对已钻井段、钻具组合定向状态等进行分析,以便进行科学调整的过程,钻具平稳是要求钻具稳定性能较强,这一要点主要受钻具选型和组合设计所影响,而多开转盘则是通过减少摩擦力提升钻速,以保证水平段开钻盘进尺度能够不小于总进尺的75%。

石油工程技术地质导向钻井技术研究

地质导向钻井技术的运用需要将导向工具和仪器相结合,并实现了钻井技术与测井技术和油藏工程技术的协同使用。因其具备的电阻率地质参数等,使这一技术在运用中,能够给对地质构造进行准确判断,并对储层特性进行明确,有效实现了对钻头轨迹的控制,使钻井工程的开采成功率提升,成本降低。

石油工程技术大位移井钻井技术研究

这一技术是现阶段石油工程技术中的高精尖技术之一,能够实现定位井和水平井技术的有效统一。现阶段,这一技术的运用中还存在着很多难点,我国大庆油田企业也加强了对这一技术的研究,不但优化器配套技术和相关理论,并将其应用于浅海区域油田,以充分发挥其实际价值。

石油工程技术连续管与套管钻井技术研究

连续管与套管钻井技术主要应用于小眼井、侧钻以及老井加深等方面,由于其所用设备和空间较小,因此具有较大的优势,能够在海上或是限制条件较多的地面的钻井工作中。这一技术在运用时,需要在防喷器上设置环形橡胶,以保证欠平衡压力钻井工作的顺利进行,并起到保护油气层的作用,钻井时通常不需要停泵,钻井液会在这一技术的运用下始终处于循环状态,有效避免井喷。

石油工程技术深层钻井提速技术研究

为提升钻井速度、加快石油勘探工作,大庆油田企业对深层钻井提速技术进行了研究。深层勘探主要是对超过两千五百米深度的地质层进行勘探的工作,这一工作多由深层气藏岩性的复杂,导致工作很难进行,硬度较大的岩石会造成钻头的严重磨损,并影响钻井工作效率,而地下的高温也会对钻井设备造成极大的伤害,地下压力层和胶质性较差的破碎性地层会为工作人员的工作造成极大的安全隐患。大庆油田公司对深层钻井提速技术进行了研究,深入研究钻井设计、提速工具、配套技术等。钻井设计优化有利于深层钻井提速提效[3]。大庆油田公司综合考虑了井深、岩性、地层压力等方面的因素,要求深层直井全部采用三开井身结构,例如对古深3井进行优化,使其表层套管下深为352m,二开井段采用气体钻井技术,套管下深为3180m,三开井段采用气体技术与涡轮技术等相结合的方式。最终完钻井深4920m,钻井时间与以往相比缩短了。同时,根据不同井段选择了相应的高效钻头。另外,大庆油田公司对提速工具进行了研制。其中,液动旋冲提速工具能够实现钻井液流体能量向机械能的转化,减轻了钻头的磨损度,有效提升了机械钻速。涡轮钻具则能够利用钻井液的冲击产生机械能,推动钻头高速运转,有效提升了对高硬、极硬地层的钻井速度。同时,其在地层出水预测技术、气体钻井技术等方面也进行了完善。建立了不同渗透率、不同流动方式等条件下底层出水的判别公式,有效提升了预测精度。完善后的气体钻井技术也在石油钻井中中得到了成功运用,平均钻井周期缩短了。

3、结语

石油工程技术在石油勘探工作中起到了重要的作用,尤其是其中的钻井工程技术的有效运用,能够有效减少安全事故的发生。我国大庆油田公司针对这一技术进行了积极研究,并实现了深层钻井提速技术的有效研究运用,对我国石油工程技术的发展做出了巨大的贡献。

参考文献:

[1]马春宇.浅谈石油工程钻井技术的发展[J].科技资讯,2015,5(5):69-70.

[2]魏斌.关于石油钻井工程技术的探讨[J].中国石油石化,2015,7(14):86-87.

[3]李瑞营.大庆深层钻井提速技术[J].石油钻探技术,2015,1(1):38-42.

定向井钻井技术被应用到石油钻井中是在19世纪中后期,我整理了定向井钻井技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下! 定向井钻井技术论文篇一 浅析定向井钻井轨迹控制技术 [摘 要]定向井钻井中的关键技术是井眼轨迹控制技术,本文在分析定向井井眼轨迹剖面优化设计技术的基础上,对钻井中的井眼轨迹控制技术进行了探究。 [关键词]定向井;井眼轨迹;关键技术 中图分类号:TG998 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)08-0056-01 随着我国油气资源勘探开发力度的不断加大,对于地面遮挡物无法正常钻井开采、地质情况复杂存在断层等构造遮挡和钻井发生事故需要侧钻等复杂油气藏的勘探开发日益重视,而这些油气藏一般需要采用定向井钻井技术进行开发,从而增加油气储层裸露面积、提高油气采收率、降低钻井成本。但是,定向井钻井的井眼轨迹控制难度较大,需要对井眼轨迹进行优化设计,并通过在直井段、造斜段和稳斜井段采用不同的钻井轨迹控制技术进行控制,才能有效保证定向井的井眼轨迹,而对这些技术措施进行探究,成为提高定向井钻井水平的关键。 一、科学进行定向井井眼轨迹和轨道设计 1、定向井井眼轨迹的优化设计技术 井眼轨迹的剖面设计是定向井钻井施工的基础,只有不断优化完善井眼轨迹设计,保证井眼轨迹设计的科学性、合理性,才能确保定向井钻井实现预期目标。在定向井井眼轨迹剖面优化设计中,要坚持一定的原则:要以实现定向井钻井地质目标为原则,定向井钻井的地质目标很多,包括穿越多个含油地层提高勘探开发效果、避开地层中的断层等地质构造从而实现对地下剩余油气储层的有效开采、实现油井井眼轨迹在油气储层目的层的大范围延伸以增加油气藏的裸露面积等,同时,因为钻井或油气开采中发生事故导致无法正常开采的油井,可以通过定向井实现对油气储层的侧钻来达到开采目的,存在地面障碍物无法进行正常钻井的区域也可以通过定向井来实现钻井开采的目的,为了节约钻井成本,还可以通过丛式平台定向井开发的方式来节省井场占地面积;要以高校、优质、安全钻井施工作为现场施工目的,在进行定向井井眼轨迹剖面设计时,结合所处区域的地质特征进行设计,选择在地层稳定、松软度适中的位置进行造斜,造斜点要尽量避开容易塌陷、缩径或漏失以及压力异常的地层层位进行,要将造斜段的井斜角控制在15°-45°之间,因为过大的井斜角会增加施工难度且易引发钻井事故,而过小的井斜角会造成钻井方位的不稳定性,增加调整次数,还有就是在造斜率的选择上,要综合考虑油井所处地层的地质状况和钻井工具的实际造斜能力,在满足定向井钻井目标的前提下尽量减小造斜率并缩短造斜段的长度,实现快速钻井的目的;要尽量满足后期采油和完井工艺实施的要求,在满足定向井钻井要求的前提下,尽量减小井眼的曲率,方便后期抽油杆和油层套管下井,同时减小二者之间的偏磨,方便后期改造安全采油泵等井下作业施工。 2、定向井钻井的轨道设计 根据定钻井的目的和用途不同,可以将定向井分为常规定向井、丛式井、大位移井等几种类型进行设计,常规定向井一般水平位移不超过1km、垂直深度不超过3km,丛式井可减小井场面积,大位移定向井的轨道一般采用悬链曲线轨道,在井眼轨迹上采用高稳斜角和低造斜率。我国定向井井眼剖面轨迹主要有“直―增―稳”三段制剖面、“直―增―稳―降”四段制剖面和“直―增―稳―降―直”五段制剖面三种类型,在具体设计时根据所在地层地质特征不同进行优化设计。三种井眼轨迹各有优缺点:三段制井眼轨迹造斜段短,设计和施工操作比较方便,在没有其他特殊要求时可以采用三段制轨迹剖面;四段制井眼轨迹剖面起钻操作时容易捋出键槽加大下钻的摩擦力,容易造成卡钻事故,且容易形成岩屑床,一般不会采用,只在特殊情况下使用;五段制井眼轨迹剖面在目的油气储层中处于垂直状态,有利于采油泵安全下入,且便于后期采油工艺的实现。 二、三段制定向井轨迹剖面钻井控制技术 基于三种不同类型轨迹剖面的优缺点,在现实中多应用三段制和五段制井眼轨迹剖面进行定向井钻井设计,而三段制井眼轨迹剖面最为常用,下面就对三段制定向井井眼轨迹钻井控制技术进行研究。 1、直井段的井眼轨迹控制技术 直井段的井眼轨迹控制技术主要是防斜打直,这是定向井轨迹控制的基础,因为地质、工程因素和井眼扩大等原因,直井段钻井中会发生井斜,地质因素无法控制,可通过在施工和井眼扩大两方面采取技术措施进行直井段钻井的轨迹控制,关键要选择满眼钻具和钟摆钻具组合进行直井段钻井,前者可以在钻井中防止倾斜,将扶正器与井壁尽量靠近,就可以有效防止井斜问题出现;钟摆钻具的工作原理是超过一定角度后会产生回复力,具有纠正井斜问题的作用,但要保证钻压适量,因为钻压过大会使钟摆力减小而增斜力增大,妨碍纠斜效果。 2、造斜段的井眼轨迹控制技术 在定向井钻井中,造斜段钻井是关键部位,造斜就是从设计好的造斜点开始,使钻头偏离井口铅垂线而进行倾斜钻进的过程,关键是要让钻头偏离铅垂线开始造斜钻进。要根据设计好的井眼轨迹,综合井斜角、方位偏差来计算造斜率,以此指导造斜钻井施工,通过增加钻铤等措施,调整滑动钻进和复合钻进的比例,从而使钻头按照设计的井眼轨迹进行钻进,指导造斜段完成。 3、稳斜段的井眼轨迹控制技术 造斜段完成后,需要进行稳斜段的钻井施工,在稳斜段的钻进中,要选用无线随钻测井仪器对钻头的工作进程进行动态跟踪,实时监测钻头的实际井斜角、方位角偏离情况并与设计值进行对比,确保钻头中靶。在没有无线随钻测井仪器的情况下,需要通过稳斜钻具组合进行钻井,并应用单、多点测斜仪进行定点测斜,从而保证井眼中靶,提高钻井质量。 三、结论 综上所述,定向井是开采复杂油气藏的有效手段,可以对常规油井无法开采的油气藏进行开采,但要顺利实现定向井钻井,需要根据地质特征等设计井眼轨迹剖面、选择合适的轨道类型,并对不同井段采取对应的井眼轨迹控制技术,确保按设计的井眼轨迹钻进,提高油气资源开采效果。 参考文献 [1] 王辉云.定向井录井技术难点浅析[J].科技情报开发与经济,2009(10). [2] 鲁港,王刚,邢玉德,孙忠国,张芳芳.定向井钻井空间圆弧轨道计算的两个问题[J].石油地质与工程,2006(06). [3] 王学俭.浅层定向井连续控制钻井技术[J].石油钻探技术,2004(05). [4] 崔剑英,贺昌华.定向井信息查询系统的开发[J].数字化工,2005(07). 定向井钻井技术论文篇二 寿阳区块煤层气定向井钻井技术浅谈 摘要:本文介绍了寿阳煤层气的开发现状和煤层气特征,分析了定向井钻井技术在施工过程中的应用,对今后在寿阳区块内施工的定向井有一定的指导作用。 关键词:寿阳区块;定向井;造斜段;稳斜段 Abstract: This paper introduces the development status and characteristics of Shouyang coal-bed methane coal-bed gas, analyzes the application of directional drilling technology in the construction process, has the certain instruction function to the construction of directional well in Shouyang block. Keywords: Shouyang block; directional well; oblique section; steady inclined section 中图分类号: 1.概况 寿阳区块位于山西省中部,沁水盆地的北端,沁水盆地是我国大型含煤盆地之一,蕴藏着丰富的煤层气资源,根据远东能源(百慕大)有限公司前期在沁水盆地南部施工的参数井和定向生产井所获得的相关资料,显示该区具有良好的开发前景。 寿阳区块勘探开发历史和现状 1995年由联合国开发计划署(UNDP)利用全球环境基金资助、煤科总院西安分院承担的《中国煤层气资源开发》项目,《阳泉矿区煤层气资源评价》专题科研报告,对阳泉矿区(包括生产区、平昔区和寿阳区)煤层气资源开发进行了评价和研究,其中重点对寿阳区的煤层气资源开发进行了评价和研究。 中国煤田地质总局于1996~1997年在韩庄井田施工了一批煤层气勘探参数井,获得了该区有关的煤储层参数,并对HG6井的主要煤层进行了压裂改造和排采试验,取得了该井合层排采的一整套数据。中联公司1997~1998年在寿阳区块施工了4口煤层气生产井,其中1口探井,3口生产试验井,获得该区宝贵的煤储层参数和生产数据。1998年完成了四条二维地震勘探线,共计167km,获得了丰富的地质成果。2005年远东公司在该区施工了3口羽状水平井,其中2口在煤层段进尺超过3000m,3口井均在生产。 2007年远东能源(百慕大)有限公司根据取得的初步成果资料研究、分析后,认为该区15#煤层十分稳定,储层参数比较有利,是煤层气开发的有利区块,决定在寿阳县南燕竹镇共计部署一批定向井及参数井,以获取该地区15#煤层的埋深、厚度等储层参数,进一步扩大勘探范围,并逐步形成区域生产井网,争取短期内该区煤层气地面开发进入大规模商业化运营。 寿阳区块地质背景 沁水盆地北端位于北东向新华夏系第三隆起太行山隆以西,汾河地堑东侧,阳曲——盂县纬向构造带南翼。总体形态呈现走向东西、向南倾斜的单斜构造。区内构造简单,地层平缓,倾角一般在10°左右。燕山运动和喜马拉雅运动期间,由于较大规模的岩浆侵入活动,大地热流背景值升高,本区石炭二叠纪煤层在原来深成变质作用的基础上,又叠加了区域岩浆热变质作用,致使煤化作用大大加深,形成了本区高变质的瘦煤、贫煤以及少量无烟煤。 本区所钻遇的地层为:第四系(Q),三叠系下统刘家沟组(T1l),二叠系上统石千峰组(P2sh),二叠系上统上石盒子组(P2x),二叠系下统下石盒子组(P1x),二叠系下统山西组(P1s),石炭系上统太原组(C3t)。 寿阳区块煤储层特征 主要含煤地层为上石炭统太原组及下二叠统山西组,含煤10余层,其中3#、9#、15#煤为主力煤层。 3#煤层:俗称七尺煤,全区煤层厚0~,煤层较稳定,寿阳矿区西部和阳泉三矿矿区煤层较厚,其他地区煤层变薄,甚至尖灭。结构简单,有时含一层夹矸,顶底板为泥岩,砂质泥岩、粉砂岩,局部为炭质泥岩和细砂岩。 9#煤层:全区煤层厚不一,煤层较稳定。结构简单,顶底板为泥岩,砂质泥岩、粉砂岩,局部为炭质泥岩和细砂岩。 15#煤层:煤层厚~,是寿阳区块内煤层气开发的主力煤层。15#煤含1~3层夹矸,结构中等,顶底板K2灰岩,底板为泥岩、砂质泥岩,局部为炭质泥岩和细砂岩。 沁水盆地北端煤储层厚度大,埋深适中;煤的热化程度较高,己进入生气高峰,煤层顶底板封闭性能好,含气量高;煤储层裂隙较发育,孔隙以小孔和微孔为主,渗透性较好;煤的吸附性能强,但含气饱和度偏低。 2.设备设备选择 钻机选择 寿阳区块定向生产井井深一般在在1000m以内,水平段不超过500m,根据我井队现有设备的情况,选择了TSJ-2000、GZ-2000钻机。该钻机提升、回转能力均能满足煤层气定向生产井施工的需要。 设备配置 水泵:TBW-850(直井段)、3NB-1000、F-500;排量0~42L/s,压力5~32MPa。 动力:PZ12V-190、PZ8V-190、12V135;功率120~800HP。 钻塔:型塔(750KN)。 钻具:Φ127mm钻杆,Φ203钻铤,Φ178钻铤+Φ159钻铤。 定向钻具 Φ172(°)螺杆、Φ165(°)螺杆 Φ172MWD定向短节、Φ165MWD定向短节 Φ165mm、Φ159mm短钻挺 Φ214mm扶正器、Φ48MWD Φ165mm无磁钻铤、Φ172无磁钻挺 3钻井工艺 井身结构 井身结构在钻井工程中处于最基础的地位,体现了钻井的目的,也是决定该目的能否顺利实现的重要因素之一。井身结构设计以钻井目的为目标,以现实的钻井工程和地质等条件为依据,使目标和过程统一起来。 一开采用Φ311mm钻头钻至稳定基岩,且水文显示正常,下入Φ表层套管,固井并候凝48小时。 二开采用Φ钻头钻至完井,达到钻井目的后,下入Φ生产套管并固井。 钻头选用 二开选择造适岩的HJ537G钻头。 动力钻具选择 为了适应软及中软地层,选择了中转速中扭矩马达。 钻井液的选择 煤层气井施工时,煤储层保护是关键。在煤层段钻井中,主要采用清水钻进,严格控制钻井液中的固相含量、比重,井内岩粉较多时,可换用高粘无污染钻井液排出岩粉,既能保证孔内安全,又防止了储层污染。 4.定向钻具组合及钻进处理措施 定向井施工中主要分直井段、造斜段、稳斜段,要针对不同地层、不同井深、位移有效地选择好三个井段的钻具组合。实现设计的井身规迹是施工的关键。 直井段钻井技术 直井段的防斜是定向井施工的重要保证,一般要求井斜100m内小于1°。直井段的钻具组合是关系到定向井下部定向造斜段的难易程度。 (1)钻具组合:一开采用塔式钻具组合:Φ311钻头+Φ203钻铤+Φ178钻铤+Φ159钻铤+Φ127钻杆。 二开:Φ钻头 +Φ178钻铤+Φ159钻铤+Φ127钻杆。 (2)钻进参数: 钻压 10~80 kN排量 12 L/s 泵压 ~2MPa 钻井液性能: 密度 ~粘度 21 s (3)见基岩时要轻压慢转,防止井斜。 (4)直井段换径时要吊打,换定向钻具前测井斜。 造斜段钻井技术 造斜段下钻到底后,EMWD仪器无干扰开始定向钻进;施工采用°单弯螺杆,测得实际造斜率为9°/30m,定向过程中采用滑动钻进与复合钻进交替作业,确保狗腿度满足要求。 (1)钻具组合Φ钻头+Φ172(°)螺杆+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+Φ178钻铤*2根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆 (2)钻进参数:钻压 40~80 kN排量 20~24 L/s 泵压 2~4MPa 钻井液性能:密度 ~粘度 16 s (3)要调整好钻井液性能,采用三级固控设备控控制固相含量不超标。 (4)及时测量井斜、方位,发现与设计不符,应马上采取措施。 (5)做好泥浆的性能维护,提高防塌性能和携带岩屑的能力,清洁井眼。 稳斜段钻井技术 稳斜段钻具组合在本区可采用以下三种方法,也可以交替作业,确保井斜方位满足要求,三班各钻井参数要保持一致辞,并保证井下安全。 (1)采用螺杆复合稳斜钻进 钻具组合:Φ钻头+Φ172(°)螺杆+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+Φ178钻铤*2根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆 钻进参数:钻压 40~80 kN排量 20~24 L/s 泵压 3~5 MPa 钻井液性能:密度 ~粘度 17s (2)采用近钻头扶正器稳斜钻进。 钻具组合:Φ钻头+Φ214扶正器+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆 钻进参数:钻压 40~80 kN排量 20~24 L/s 泵压 2~4 MPa 钻井液性能:密度 ~粘度 17s (3)采用光钻铤钻进。 钻具组合:Φ钻头+Φ172MWD定向短节+Φ172无磁*1根+411*4A10+Φ159钻铤*9根+Φ127钻杆 钻进参数:钻压 80~120 kN排量 20~24 L/s 泵压 2~4 MPa 钻井液性能:密度 ~粘度 16 s 5.经验与建议 通过对本区FCC-HZ-23D、FCC-HZ-33D、FCC-HZ-11D、FCC-HZ-47D、FCC-HZ-70D井的施工,取得了以下经验: (1)及时测斜、准确计算、跟踪作图是保证井身轨迹的关键。使用MWD能准确掌握井身轨迹的变化情况,使轨迹得到有效的控制。 (2)在钻井过程中,随时观察扭矩、泵压的变化,发现问题及时分析与解决。 (3)勤测泥浆中固相含量的变化,确保固相含量不超标,从而影响螺杆的使用。有条件的话可以上三级固控设备。 (4)采取“转动+滑动”的复合钻进方式,利用无线随钻实时监测,能有效的确保井眼轨迹质量,使施工安全、快速进行;在稳斜过程中采用“转动+滑动”的复合钻进方式,有效降低摩阻和扭矩,降低施工风险。 (5)在定向造斜过程中使实际井斜略超前设计井斜,提前结束造斜段,使实钻稳斜段井斜略小于设计稳斜段井斜,在复合钻中使井斜微增至设计轨迹要求,达到快速、安全目的。参考文献 [1]王明寿.2006.寿阳区块煤层气勘探开发现状、地质特征及前景分析.北京:地质出版社 [2]大港油田.1999.钻井工程技术.北京:石油工业出版社 看了“定向井钻井技术论文”的人还看: 1. 地质钻探技术论文(2) 2. 地质录井方法与技术探讨论文 3. 采油技术发展展望科技论文 4. 超声波检测技术论文 5. 工程定额原理的应用论文

[中图分类号] [文献码] B [ 文章 编号] 1000-405X(2013)-7-229-2 中国地质调查局是我国目前唯一组织公益性地质钻探技术研究开发和推广应用的单位,自1999年成立以来,在组织地质钻探技术研究开发和推广应用方面开展了大量工作并做出了显著的成绩,对我国地质钻探技术的发展起到了较好的推动作用。面对地质工作大发展的新形势和实现地质工作现代化目标的要求,地质钻探技术如何发展,如何更好地起到对地质工作的支撑作用,笔者对这些问题有些不成熟的想法,在此发表,希望能抛砖引玉,与大家共同探讨地质钻探技术的发展问题。 1地质工作对钻探技术的需求 目前我国矿产资源紧缺,资源问题成为制约国家建设和国民经济发展的瓶颈问题,引起了国家政府和领导的高度重视。在国务院关于加强地质工作的决定提出的地质工作主要任务中,突出能源矿产勘查和加强非能源重要矿产勘查是两项首要任务。国家为此投入了大量经费,除了正在实施的国土资源大调查专项基金之外,又启动了危机矿山接替资源找矿专项基金和地质勘查基金。此外,地方、甚至个人也在找矿方面表现出很大的热情,并进行积极的投资。近年来,随着地质工作的加强,地质钻探工作量成倍增长,一些省区的年钻探工作量达到了几十万米。钻探工作项目资金来源有国土资源大调查、矿产资源补偿费、中央财政补贴、省资源补偿费、地方财政补贴、市场项目等。钻探工作量加大,使得对钻探设备和技术的需求同时加大。 2地质钻探技术应用现状 与世界先进的钻探技术相比,目前我国地质勘探工作中采用的钻探技术总体水平比较落后。钻探施工主要采用立轴式岩心钻机,基本上是20世纪80年代左右的设计。现代的全液压动力头钻机依靠进口,我国自己研制的产品已经开始出现,但还未得到大面积推广应用,而且现在只有个别钻深能力(1000m)的钻机,还未形成系列。钻探工艺方面,一些先进的钻进工艺方法还没有得到推广应用。金刚石绳索取心钻进方法虽得到了较多的应用,但还未能大面积普及。液动锤钻进(液动冲击回转钻进)方法的优点虽然为人们所认识,但由于该方法在恶劣的泥浆条件下使用时,钻具可靠性和寿命方面存在着一些问题以及这些年钻探现场管理水平的下降,使其在地质钻探中的应用较以前更少。一些具有较好前景的先进的钻进工艺方法,如绳索取心液动锤钻进方法和不提钻换钻头方法虽然都已研制成功,但实际应用很少。空气反循环取样钻进方法尽管具有高效率、低成本的特点,但由于没有得到地质人员的认可,至今未能得到推广。除此之外,目前地质钻探施工中所用的钻孔护壁堵漏技术、测斜技术等,基本上也是20世纪80年代左右的水平。由于采用的钻探技术水平不高,地质勘探中钻探工作的效率和效果不太理想,表现在台月效率较低、复杂地层钻进问题多、深孔钻进能力差、钻进成本高。这些问题的存在,使得钻探技术对地质工作的技术支撑效果受到影响。 3地质钻探技术发展目标 笔者认为,考虑地质钻探技术发展目标时应该分阶段,应该分成近期、中长期和远期。划分原则是:至2010年为近期,至2020年为中长期,至2050年为远期。 远期(至2050年)目标 实现地质钻探技术的现代化应该是钻探技术发展的远期目标。在国务院关于加强地质工作的决定和国务院温家宝就贯彻决定所作的重要批示中,都明确地提出了要实现地质工作现代化。关于地质工作现代化的定义,目前尚无统一的说法。笔者的理解是:地质工作现代化的标志应该是,在地质工作中普遍采用具有现代世界先进水平的地质勘查技术。钻探技术是地质勘查技术的种类之一,地质钻探技术的现代化也应该符合此项标准。然而,此项目标的实现是一项长期和艰巨的任务,因为只有国家的整体工业技术水平达到了世界先进水平后,我国的地质钻探技术才有可能从总体上达到世界先进水平,地质钻探技术现代化与国家的现代化应该是基本同步的。邓小平同志在介绍中国实现现代化的三步走战略时,明确提出到2050年中国基本实现现代化,达到世界中等发达国家的水平。1999年10月22日,时任国家主席江泽民在英国剑桥大学发表演讲时向公众宣布:我们的目标是,到下世纪中叶,即中华人民共和国成立一百周年时,基本实现现代化。由此看来,我国地质钻探技术现代化实现的时间应该是21世纪中叶。 中长期(至2020)年目标 地质钻探技术发展的中长期(至2020年)目标应该是:自主创新能力显著增强,地质钻探技术水平显著提高,自主研发的新型钻探设备和先进钻进工艺方法得到较大面积的推广应用,钻探装备与施工技术总体上接近发达国家水平。 近期(至2010年)目标 地质钻探技术发展的近期(至2010年)目标应该是:初步完成2000m深度以内的新一代地质岩心钻探设备系列研制;改进完善一批先进的钻进工艺方法,使之达到推广应用的水平;取得一批深孔钻探、复杂地层钻探和高精度定向钻探技术研究成果;研发成功现代的深水井和煤层气井钻探用全液压动力头钻机;地质钻探科技成果转化和推广取得较显著的成效。 4地质钻探技术近期研发工作重点 中国地质调查局近期组织开展的地质钻探技术研发工作基本上是按照上述的近期目标的思路安排的,重点研究内容如下: (1)2000m深度以内的新一代地质岩心钻探设备系列;(2)满足覆盖区化探和异常查证需求、适应复杂地层条件的轻便、高效、多功能取样钻机及其配套的钻进工艺方法和器具;(3)1000m全液压动力头水井和煤层气井钻机及其配套的钻进工艺方法和器具;(4)改进完善一批先进的钻进工艺方法,包括冲击回转钻进方法、绳索取心冲击回转钻进方法、不提钻换钻头方法和深孔绳索取心方法;(5)解决复杂地层钻进技术难题,包括复杂地层钻孔护壁堵漏技术问题、复杂地层取心技术问题等;(6)高精度定向钻探技术,包括提高钻孔测量精度和定向钻进施工中靶精度的技术以及取心定向钻进技术;(7)万米科学超深孔钻探技术方案预研究。除了研究与开发工作以外,钻探新方法、新技术推广应用也是中国地质调查局钻探技术管理工作的重点之一,拟开展以下一些工作: ①新型岩心钻探机具应用培训;②地质调查浅层取样钻技术应用培训;③地质钻孔测量技术应用培训;④新型地质钻探泥浆体系应用培训;⑤节水钻进技术应用培训;⑥空气反循环取心钻进技术培训和应用示范;⑦车载式浅层取样钻机应用示范。 5几个值得强调的问题 加强技术创新 技术创新的核心内容是科学技术的发明和创造,其直接结果是推动科学技术进步,提高社会生产力的发展水平,进而促进社会经济的增长。通过技术创新可实现技术跨越式发展,在短期内获得显著的技术经济效果,使一些常规方法难以解决的问题得到解决。这里举2个钻探技术领域技术创新取得显著成效的实例。第一个实例是科拉超深钻。前苏联的工业技术发达程度比不上西方国家,却钻成了世界上唯一一口深度超万米的钻井——12262m深的科拉超深井。钻万米超深井的难度非常大。这口井之所以能钻进成功,是因为前苏联人在施工这口井时进行了大量的钻探技术创新,其中3项对钻进施工的成败起决定性作用的重大创新是:超前孔裸眼钻进方法;铝合金钻杆;带减速器的涡轮马达井底驱动。第二个实例是中国大陆科学钻探工程科钻一井。该项目是在坚硬的结晶岩中施工5000m连续取心钻孔。这种施工在我国没有先例,在世界上也属高难度钻井工程。该井在施工时采取了一系列的技术创新,涉及套管和钻进施工程序、取心钻进技术、扩孔钻进技术和井斜控制技术,最终获得了高效、优质的施工效果。由于采用螺杆马达-液动锤-金刚石取心钻进方法,使机械钻速提高50%以上,回次长度由3m提高到8~9m,大大节省了施工时间和成本。 加强新方法、新技术推广应用 新方法、新技术从研发出来,到在钻探施工中得到普遍应用,通常需要花很长的时间,做大量的推广应用工作。推广应用工作包括宣传、现场演示、技术培训和技术交流等。这些环节工作效果的好坏,都会直接影响到科技成果转化及其得到实际应用所需的时间,影响地质钻探技术现代化的进程。为获得好的效果,该项工作应有计划、有组织地开展,因为研发单位通常只是从本单位的利益和眼前的利益考虑推广应用工作,而该项目工作的计划和组织实施需要一种全局性和长远的考虑。这些年来,在钻探技术研究与应用的所有环节中,科技成果推广应用是相对比较薄弱的环节,加强此方面工作是当务之急。 参考文献 [1]王达.探矿工程(地质工程)未来20年科技发展战略研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2004,31(1).看了“地质钻探技术论文”的人还看: 1. 工程地质勘探中的钻探技术应用论文 2. 工程地质勘查论文 3. 工程地质勘察论文 4. 地质毕业论文范文 5. 地质学毕业论文范文

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这项耗资300万美元的试验名为“平流层控制扰动实验”(SCoPEx),将使用一个高空科学气球将大约2千克的碳酸钙粉尘提升到新墨西哥州沙漠上空约19千米的大气中新浪科技讯 北京时间8月21日消息,这是一个听起来很像科幻小说情节的计划,但可能在十年内成为现实:每一天,有800多架巨型飞机将数百万吨的碳酸钙粉末抬升到离地球表面19千米的高度,然后将其撒向平流层周围的高空。

理论上,空气中的尘埃会形成一个巨大的遮阳棚,将部分太阳光和热量反射回太空,到达地面的太阳光变得更少,从而保护地球免受气候变暖带来的破坏。这不是某个发明家的疯狂计划,而是一个由亿万富翁、微软创始人比尔·盖茨资助,由哈佛大学的科学家发起的项目。事实上,由于该项目过于超前,以至于最初的“云层遮蔽”实验本应在几个月前就开始了。

然而,由于担心可能引发一系列灾难性的连锁反应,比如造成严重干旱或飓风等形式的气候浩劫,并给全球数百万人带来死亡,SCoPEx试验最终被暂时搁置。哈佛大学研究小组的负责人之一莉齐·伯恩斯(Lizzie Burns)承认:“我们的想法很可怕……但气候变化同样很可怕。”一个由独立专家组成的顾问小组将评估所有可能的风险。

那么,这项令人难以置信的计划是怎么提出来的呢?灵感部分来自一场自然灾害。1991年,菲律宾的皮纳图博火山爆发,造成700多人死亡,20多万人无家可归。但这也给了科学家一个机会,来监测平流层中巨大化学云造成的后果。皮纳图博火山在地球上空排放了2000万吨二氧化硫,在空中形成的硫酸液滴在全球飘浮了一年多。这些液滴能像小镜子一样反射阳光。结果,在大约一年半的时间内,全球气温平均下降了摄氏度。这次事件推动了一个关于“修复”全球变暖的想法,并已成为至少100篇学术论文的主题。但是,为地球打造一把巨大的“遮阳伞”可能要付出高昂的代价,带来的风险甚至比气候变化本身更大。一种担心是,将尘埃散播到平流层可能会破坏保护我们免受有害紫外线辐射的臭氧层,而紫外线辐射会破坏人类DNA并导致癌症。气候学家还担心,这种修修补补的做法可能会无意中破坏调节我们天气的洋流循环。该计划本身就可能引发一场全球极端气候事件的爆发,可能摧毁农田,消灭众多物种,并助长疾病流行。潜在的灾难甚至还不止于此。使太阳光线变暗的尝试可能会让一些国家成为气候赢家,另一些国家则不可避免地成为输家。例如,科学家或许能够为美国中西部的广大农民设定完美的气候条件,但与此同时,这种环境可能会给整个非洲带来严重的干旱。我们不可能改变世界某一地区的温度而不影响其他地区,因为全球各地的气候都是相互关联的。此外,全球平均气温的任何变化都将反过来改变热量在全球的分布方式,有些地方变暖的程度要高于其他地方。这进而会影响降雨水平。在水蒸发,形成云和雨滴的水循环过程中,都需要热量的驱动。任何热量的变化都会引起降雨模式的变化。

尽管如此,哈佛大学的科学家仍然认为,他们可以安全地管理这项计划。例如,SCoPEx团队的领导者之一、应用物理学教授大卫•基思(David Keith)最近报告称,如果能在整个全球大气中均匀播撒低浓度的反射性尘埃,出现意外问题的风险应该比人们担心的要低得多。基思教授还建议,世界上较富裕的国家应该联合起来,建立一个汇集的全球保险基金,以补偿较贫穷国家因该试验而无意中造成的任何损害。批评人士指出,平流层“遮阳伞”的计划可能会鼓励政治家和实业家,他们认为没有必要去做减少温室气体排放这项艰苦、不受欢迎且代价高昂的工作。

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