气体钻井井下燃爆分析

与常规钻井相比,气体钻井在提高机械钻速、发现和保护油气藏等方面优势明显,由于负压钻进时,地层流体极易进入井筒,地层产出的可燃气体和氧气混合后具有燃烧、爆炸的潜在危险,容易发生严重的灾害性事故,在气体钻井应用中往往需要充分预测和评估钻遇气层的危险程度并提前采取应对措施。结合气体钻井实际施工情况,简要介绍了气体钻井过程中井下燃爆方面的研究进展,分析了气体钻井过程中可燃气体发生燃爆的条件。并从混合可燃气体组成、温度、压力,以及惰性气体含量等几个方面,展开论述了爆炸极限的主要影响因素。依据经验公式计算了某井气体钻井过程中可燃气体爆炸极限的变化情况,得出可燃气体下限值随井深增加略有减小,可燃气体上限值随井深增加明显增大的结论。结合该井实际施工情况,验证了计算的可靠性,可以看出氮气钻井过程中的氧含量安全范围很窄（2.43%4.20%）。     

活塞自击式逐级延时引燃气体发生器装置设计及应用

为改进已有高能气体压裂气体发生器结构上的缺陷，设计出一种活塞自击式逐级延时引燃装置，该装置既可用于多级同步引燃压裂，又可用来逐级延时燃烧压裂和无需密封的热引燃式压裂，可扩大工艺范围及施工规模、提副曾产增注效果，并有利于套管及水泥环保护等优点．论文对活塞自击点火的可靠性、延时引燃的安全性和药柱保护管的耐压性进行了分析计算，经现场试验证明具有广泛地适用性和先进性．     

基于静电流量计的气体钻井返出岩屑流量监测

气体钻井以其经济、环保,高效等优势已逐步成为油气勘探开发的重要手段。由于地质的复杂性,在钻井过程中容易发生井壁失稳以及井下燃爆等问题,通过井口返出岩屑可以了解井下复杂情况,防止井下事故的发生。本文基于静电积累原理,利用COMSOL软件建立了岩屑监测模型,模拟分析不同质量流量下静电传感器的电势分布,设计了岩屑流量测量装置,以石英砂代替岩屑,测量了输出电压与气体流量以及石英砂颗粒质量流量的关系。研究结果表明,静电传感器电势与带电颗粒质量流量具有较好的线性关系,影响静电传感器信号强度的因素主要为岩屑质量流量,两者之间具有较强的线性关系;静电传感器的信号受风速影响明显,风速越大,灵敏度越高,且线性相关性越好。该方法可为气体钻井岩屑监测提供一种新的方法,对气体钻井现场安全作用具有重要意义。     

容器内可燃气体燃爆温度与压力的计算方法

对容器内可燃气体爆炸过程进行了热力学分析，得出可燃气体在容器内爆炸前后物质热力学能保持不变的结论。根据化工热力学能量守恒方程，推导出了两种容器内可燃气体爆炸温度和压力的计算方法。对几种可燃烃类气体进行了计算，其计算结果与文献值和实验值进行了比较分析，结果表明：燃爆温度的计算偏差为9．14％～11．15％，爆炸压力的计算偏差为5．84％～12．21％，说明了计算方法的有效性和实用性。结合计算实例对两种计算方法进行了阐述，计算结果基本一致。     

褐煤煤尘云在不同环境气氛的燃爆特性

为了研究褐煤煤尘云在不同环境气氛的燃爆特性,对褐煤的微观结构(煤质、粒径及形貌)进行表征分析的基础上,分别应用Godbert-Greenwald加热炉和20 L近球形爆炸装置,对褐煤煤尘云最低着火温度和最大爆炸压力等燃爆特性参数开展实验研究,分析了煤尘粒径、点火延迟时间对褐煤-空气燃爆特性的影响,并分析了煤尘浓度、可燃气体体积比对褐煤-甲烷-空气燃爆特性的影响。结果表明:随着煤尘粒径的减小,褐煤煤尘云的最低着火温度单调递减。随着点火延迟时间的增大,褐煤-空气最大爆炸压力先增大后减小。随着煤尘浓度增加,褐煤-甲烷-空气混合物最大爆炸压力Pmm先增大后减小;随着可燃气体体积比的增大,Pmm依次减小。当煤尘浓度为400 g/m3,可燃气体体积比为1∶3时,Pmm达到峰值0.781 MPa.这些参数对煤矿井下电力设备工业过程及表面温度的控制和煤矿井下通风、泄爆、惰化等措施的实施具有参考价值。     

粉尘云最小点火能数学模型

以在实验基础上获得的电火花等效计算数据为能量输入,并按照粉尘云的点火机理建立了完整的粉尘云最小点火能数学模型.通过模型计算,研究了粉尘粒径、粉尘质量浓度、湍流度、火花能量密度及火花放电时间对最小点火能的影响.计算结果与实验测量结果基本一致.通过将模型计算与实验测量相结合将使粉尘云最小点火能的确定更准确、合理.     

火花点火式天然气发动机的准维燃烧模型

近十年来，由于能源和环保的要求，火花点火天然气发动机以高效、低污染燃烧的优点正在迅速发展。为了分析和研究这种发动机的燃烧过程，预测多种参数变化对性能的影响，建立了火花点火式天然气发动机的准维燃烧模型。根据倒拖发动机的实验结果，对缸内紊流的衰减和产生进行了模化，提出了缸内紊流强度计算的方法。试验表明，模型的计算值和试验值具有很好的一致性。该模型计算精度高、工程应用方便，为缸内燃烧过程分析、性能预测提供了一种有效的工具。     

二冲程煤油发动机稳态工况最小点火能量研究*

【】最小点火能量是衡量可燃混合气能否被火花点燃及难易程度的重要依据。本文以着火热理论和最小点火能量计算模型为基础,建立GT-POWER与MATLAB联合仿真计算模型,计算了不同点火条件下的最小点火能量,并进行了煤油发动机台架试验验证。试验结果表明,所建立的煤油发动机最小点火能量计算模型正确可行,可为煤油发动机运行性能测试及后续研究提供依据。通过仿真计算,分析了过量空气系数、初始温度、点火提前角及火花塞间隙等参数对最小点火能量的影响关系,     

故障树分析在解决油库燃爆中的应用

面对当前频繁的油库燃爆事故,作者分析了导致油库发生爆炸的各种可能原因。并运用故障树分析的方法,通过对油库燃爆故障树的定性和定量分析,找出了各种可能发生事故的条件组合,找出了导致油库燃爆的主要原因,同时找出了保证油库不发生事故预防方案。     

气体钻井环空携水能力研究

气体钻井在某些方面具有常规钻井液钻井不可比拟的优势,在深层海相地层勘探开发过程中能够提高钻速、降低成本、减小对储层的伤害,具有广阔的应用前景。然而,当钻遇出水地层时,岩屑若遇水水化,黏度增大,容易导致钻头泥包、井眼堵卡等井下复杂问题,影响气体钻井的安全性。依托气体钻井井筒多相流大型实验架,对出水地层气体钻井携水规律进行实验研究。着重分析了井底携水搅动、井壁湿润、液膜形成及回落、液膜波动前进等携水现象,在实验结果分析的基础上,通过对环雾流携水规律的研究,提出了气体钻井极限携水能力计算模型。模型计算结果与实验结果相吻合,表明具有现场实用价值。     

室内受限空间中掺氢天然气爆炸模拟

将氢气掺入天然气中形成掺氢天然气,并利用现有天然气管道或管网进行输送被认为是大规模输氢的有效方式。由于氢气的最小点火能量远低于天然气、最低爆炸极限小于天然气,因此掺氢天然气泄漏后更容易发生爆炸事故,造成严重事故后果。本文采用FLACS软件研究了室内受限空间中的掺氢天然气爆炸事故,分析了掺氢比、打火点位置、计算区域是否开放和燃烧程度四种因素对掺氢天然气爆炸事故特征和演化规律的影响。结果表明,掺氢比越大,掺氢天然气爆炸发生时间越早;距离打火点越近的位置在爆炸过程中温度和超压越先开始变化;受限空间掺氢天然气爆炸的威力远大于开放空间掺氢天然气爆炸;燃烧当量比越高,爆炸威力越强。     

水平管道内甲烷爆炸压力传播实验

借助自行研制的瓦斯爆炸水平管道模拟巷道,通过实验研究低浓度瓦斯爆炸特征参数及爆炸压力在水平管道内的传播规律。结果表明：爆炸极限范围内的甲烷气体,在燃爆腔体内（点火段附近）爆炸超压随甲烷浓度的增大呈先增大后减小的趋势;甲烷体积分数为9．4％时,爆炸压力最大,为0．165670MPa,对应时间为76．8ms。在燃爆腔体一扩散管路内,气体爆炸压力峰值呈波动性变化;距点火段3600mm处、体积分数为9．4％的甲烷气体爆炸压力最大,爆炸超压为0．181228MPa。实验中甲烷爆炸超压的体积分数为9．4％。该研究为管道及煤矿巷道瓦斯爆炸事故分析提供了参考。     

摩擦火花引爆瓦斯时点燃温度特性理论研究

基于国内外有关摩擦火花引燃瓦斯的研究成果,分析因摩擦形成的高温热痕引燃瓦斯机理,假设高温热痕与周边风流和岩壁之间的热交换为具有固定温度边界的半无限大固体的一维瞬态热对流和导热问题,运用燃烧学、传热学理论,详细分析了摩擦机械能引燃瓦斯的机理及其过程,建立了高温热痕与岩壁和风流之间的导热和对流的微分方程,通过拉普拉斯变换,推导出摩擦火花引燃瓦斯的温度阈值.图1,参10.     

我国近五年瓦斯爆炸事故发生规律与预防措施的探讨

为了研究煤矿事故发生规律及提高其治理效率,本文对2010~2014年度的瓦斯爆炸事故的数据进行了统计,分析了瓦斯爆炸事故地域性及时间性的特点,对引发瓦斯积聚、引爆火源的原因及由瓦斯积聚和引爆火源引起的事故次数做了统计,并且给出多方面的治理措施。统计结果显示:1瓦斯爆炸事故南北存在差异,湖南省、四川省、云南省事故多发;23月份和8月份是事故的高发期,在每月的29日事故发生率较大;3巷道无风或微风是瓦斯积聚的主要原因,电火花、放炮火焰、煤层自燃是火源产生的主要原因。为全面治理煤矿瓦斯提供了支持。     

海洋平台气体泄漏爆炸对结构的作用分析

结合气体爆炸的特点,考虑和计算影响气体爆炸的几个主要因素,考察在海上天然气开发工程中,必须天然气泄漏点火后,燃烧爆炸的发展过程及产生的相应荷载作用,进而做了平台舱室爆炸荷载发生破损的变形分析,采用能量法建立了板的桡度公式,计算结果与试验结果比较吻合,为油气田定量风险评估及事件升级分析奠定了基础。     

水合物地层低温钻井液对井底岩石表层强度影响

由于天然气水合物仅在高压低温条件下稳定存在,为了保持水合物稳定,在钻井过程中宜采用低温钻井液,而在低温条件下钻井液能否对井底岩石表层起到软化作用,对于提高机械钻速具有重要意义。在分析钻井液对井底岩石表层软化作用机制的基础上,较系统地建立低温钻井液软化井底岩石表层定量评价方法,以清水为对比浆液,通过试验将6种水合物地层模拟钻井液(分别含有质量分数为0.1%的表面活性剂和有机盐处理剂)在低温条件下对薄片砂岩试样的软化效果进行对比。结果表明:相比于两种有机盐处理剂,含表面活性剂的4种模拟钻井液在低温条件下对岩样软化效果更好,有利于提高岩石破碎效率和机械钻速;4种含表面活性剂钻井液中,含十二烷基硫酸钠(SDS)钻井液对岩样的软化效果最好。     

双层泡沫陶瓷抑制瓦斯爆炸研究

为有效抑制煤矿瓦斯爆炸产生的冲击波,自行设计、搭建了瓦斯爆炸圆形大尺度管道实验系统,对8%浓度的瓦斯预混爆炸过程中多孔泡沫陶瓷对冲击波的抑制特性进行了研究.研究结果表明：泡沫陶瓷的多孔结构通过弹性形变和塑性形变吸收瓦斯预混爆燃的冲击波能量,实现抑制、衰减冲击波的效果.泡沫陶瓷层数、厚度和位置对抑制瓦斯爆炸传播均有一定的影响,其中层数影响尤为显著,双层布置时爆炸冲击最大超压下降速度更快、梯度更大;设置位置距点火端的距离3 m至4 m的范围内可以成功抑制爆炸的发展和演化;泡沫陶瓷厚度对爆炸冲击波趋势影响并不明显,而对最大超压数值有影响,相比50 mm厚,30 mm厚的泡沫陶瓷最大超压衰减率更大,抑爆效果更好.     

中国油页岩粉尘爆炸特性实验研究

为掌握中国油页岩粉尘爆炸特性,利用标准测试装置对国内4个主要矿区的油页岩样品进行了粉尘着火敏感度及爆炸猛度实验研究,并和煤粉尘的爆炸特性进行了对比分析.结果表明,粉尘层最低着火温度为240~280℃,粉尘云最低着火温度为440~560℃,与烟煤热引燃敏感性近似;油页岩粉尘云最小点火能为0.2~16 J,分布范围较宽,其大小与样品挥发分含量负相关;粉尘爆炸下限为200~225 g/m3,高于烟煤;爆炸猛度在300~2 500 g/m3质量浓度范围内表现先增后减的趋势,最大值为烟煤的2/3.研究结果对了解中国油页岩粉尘爆炸危险性、选择工艺防爆方法具有参考价值.     

褐煤在高温快速热裂解条件下析出产物的实验研究

通过瓦斯爆炸情形下褐煤的快速热裂解实验,研究了褐煤煤层发生煤矿瓦斯爆炸后褐煤发生次生火灾的机理。基于对褐煤的工业分析和元素分析,应溺能够满足瓦斯爆炸特征的居里点快速热裂解仪,时褐煤进行了热作用持续时间分剐为1,2,5,10s,热作用温度588-1313K的快速热裂解实验。对析出气体的最低助燃氧浓度和燃烧浓度极限进行了分析。瓦斯爆炸情形下褐煤热裂解会产生包括CH4,G2H4,C2 H6,C2H2,C3H6,bH8,G4-C5系列,CO,CO2在内的气体,以及焦炭、焦油。除焦炭产量随温度和时间呈减少趋势外,所有气体和焦油的产量均随温度的升高和热作用时问的延长而增加。析出气体中CH4,CO,CO2的比例较大,其余烯烃类气体比例很小。析出的混合气体在一定奈件下会发生火灾。