缝洞型碳酸盐岩近井筒裂缝转向模拟研究

缝洞型碳酸盐岩油气储层在非主应力方向上存在许多储集体，水力压裂开采技术产生的压裂缝传统的扩展模式为对称双翼扩展线性裂缝，此方式很难沟通大量存在于非最大主应力方向上的储集体。定向射孔并控制水力裂缝扩展路径是解决此问题的关键。本文通过定向射孔压裂起裂模型判断水力裂缝起裂，最大周向应力准则作为判断裂缝转向扩展的依据，结合顺北某油气田实测参数，利用Abaqus扩展有限元法对射孔方位角、水平地应力差、射孔深度、压裂液排量等影响水力裂缝近井筒转向扩展的因素进行数值模拟。结果表明：射孔方位角、水平地应力差是水力裂缝转向扩展的主要控制因素；射孔深度的影响受水平地应力差的控制；压裂液排量的大小对于水力裂缝转向扩展几乎没有影响。     

废弃煤矿采空区抽水蓄能水库初步可行性研究

近年来中国的风能太阳能发电取得了巨大的进步,装机容量跃居世界第一。由于相关配套储能设施的匮乏,造成了大量的弃风、弃光、弃电等现象。目前中国的电网储能主要依靠抽水蓄能电站。采用废弃煤矿建设抽水蓄能电站可以提高中国对风能太阳能的高效利用,同时实现废弃煤矿资源化和水资源保护。从采空区的可储空间和采空区的地下布置问题初步研究了废弃煤矿采空区抽水蓄能水库的可行性。研究发现:采空区的渗透系数越大,则越多的水可以被抽出或注入,其有效库容也越大。若是满足有效库容系数(有效库容与总库容的比值)大于0.8,则采空区的渗透系数需大于8×10~(-8) m~2,采空区上下水库间距越小,上水库水量的漏失量也越大。     

水力喷射压裂新型喷嘴设计优化及性能评价

针对常用的锥型喷嘴在入口处能量损失大、寿命短问题,对传统喷嘴入口处的能量损失进行分析,建立喷嘴入口局部能量损失方程,提出一种入口带过渡段的新型喷嘴结构,利用数值模拟实验方法,结合3D-PIV测试技术对新型喷嘴流量系数及出口射流速度场进行测量。结果表明:新型喷嘴能有效降低入口能量损失;对于12.7 cm套管用喷嘴,过渡段倒角为45°、长度为2 mm的新型喷嘴性能最优;与传统喷嘴相比,新型喷嘴入口能量损失降低34%,剖面上下两端压差减少25%,流量系数提高8%,形成的射流轴线速度提高16%。     

尾矿坝变形细观力学机理的颗粒流数值模拟

以新建四川省盐源县平川铁矿黄草坪尾矿库为工程背景,通过堆坝模型试验与室内土工试验,获得尾矿坝干滩面几何特征、颗粒分布规律及尾矿力学性质。基于离散元理论,采用PFC2D数值模拟软件进行双轴试验,与土工试验结果对比,得到尾矿细观力学参数,并分析尾矿坝颗粒接触力分布、颗粒位移与坝体结构变形特征。结果显示:1)初期坝中颗粒间接触力较大,形成的力链大致呈45°倾斜向上;坝体尾矿颗粒接触力随着埋深的增加而增大,在基岩凸起处接触力较大且集中。2)初期坝颗粒位移不明显,堆积坝少数尾矿颗粒沿坡面向下滚动,具有较大位移;尾矿堆积坝存在较为典型的滑移面,滑移面上部区域颗粒位移较大。3)初期坝结构变化不明显,尾矿堆积坝中靠近初期坝内坡面附近结构变形显著。     

低透气性原煤瓦斯渗流各向异性试验研究

为研究低透气性煤层中瓦斯渗流的各向异性,以同一煤岩平行层理方向和垂直层理方向制取煤样,利用自主研制的试验装置进行含瓦斯煤三轴伺服渗流试验。结果发现平行层理煤样的渗透率远大于垂直层理煤样。在峰值破坏前,平行层理煤样随着轴压增加,渗透率在应力屈服点达到最小值,垂直层理煤样在弹性阶段初始时达到最小值;峰值破坏后,两个方向煤样的渗透率均呈非线性增长。     

完整岩石单轴抗压强度确定方法研究

完整岩石单轴抗压强度是传统和普适Hoek-Brown(HB)强度准则中的关键参数,其与岩石软硬程度和岩石破碎程度具有强关联性,而理想值或理论值严格意义上并不等同于单轴测试值。真值的唯一性确定直接影响HB强度准则的准确性,由此提出一种新的思路解决这一难题。首先明确了岩石软硬程度和岩石破碎程度的确定应基于分布特征而非单一样品,这可使完整岩石单轴抗压强度、岩石软硬程度和岩石破碎程度三个参数力学意义上自洽。进而证实了传统HB强度准则表达式的不确定性,本质原因是三个参数无法从单一曲线中唯一确定,明确问题的关键核心是完整岩石单轴抗压强度值的唯一性。由此提出了确定HB强度准则新的线性解决方案,将三个参数改为两个参数,可简单快速唯一地确定HB强度准则曲线。最后为了提高精度,引入四种误差评判方式:绝对误差绝对值和、绝对误差平方和、相对误差绝对值和以及相对误差平方和,可显著缩小预测值与实验值的偏离误差。新的线性方案匹配任意一种误差形式可确保完整岩石单轴抗压强度的唯一性,研究工作为深入理解HB强度准则提供了新思路。     

尾矿坝排渗系统淤堵机理试验研究

因尾矿坝排渗系统淤堵导致坝体浸润线增高,进而导致溃坝的事故时有发生。为解决排渗淤堵问题,以银山铅锌矿尾矿坝排渗设施淤堵为背景,分别从物理因素、化学因素、生物因素三方面对其淤堵机理进行了试验研究,试验结果表明:尾矿砂细粒可造成物理淤堵,不含细粒时尾矿砂渗透系数是含细粒时渗透系数的3.7倍;垂直载荷可导致土工布和尾矿砂渗透性能下降,尾矿砂和土工布的渗透系数与垂直压力呈负相关关系,在垂直压力为1 MPa时,尾矿砂渗透系数下降了88.5%,土工布渗透系数下降95.9%;尾矿砂中的主要矿物是黄铁矿(FeS_2),尾矿水中的主要金属离子为Ca~(2+)、Mg~(2+)、Fe~(3+)、Mn~(2+),造成排渗设施化学淤堵的主要物质是CaCO_3、Mg(OH)_2、Fe(OH)_3、Fe_2O_3·XH_2O、Mn(OH)_2;尾矿砂和尾矿水中的微生物主要是变形菌门(proteobacteria)。     

孔隙水压力梯度对煤层导向压裂控制影响

基于孔隙水压力梯度对孔壁及裂缝尖端应力作用,提出了煤层导向压裂扩展方法.通过研究有效应力变化,建立了导向压裂起裂压力及裂缝扩展压力计算模型.采用RFPA~(3D)-Flow流固耦合软件建立了孔隙压力梯度场下的导向压裂数值模型.对7组不同数值模型计算分析,研究了导向孔的布置方式、距离、控制水压三个主要因素对导向压裂作用效果.研究结果表明:孔隙压力梯度能有效降低压裂孔起裂压力及裂缝扩展压力.起裂压力及裂缝扩展压力降低幅度与导向孔控制水压呈正相关关系,与导向孔距离呈负相关关系.数值计算得到的起裂压力变化规律与理论计算预测相符合,论证了导向压裂起裂压力计算模型的正确性以及导向压裂裂缝控制方法的可行性.     

不同地应力条件下平行钻孔抽采瓦斯运移特性实验分析

利用自主研发的"多场耦合煤层气开采物理模拟实验系统",开展了不同地应力水平下平行钻孔瓦斯抽采的物理模拟实验,研究结果表明：1）平行钻孔瓦斯抽采中,抽采前期压降曲线斜率大,中、后期压降曲线斜率相对较小,并且相邻抽采管之间瓦斯解吸速率较边界抽采管快,任意时刻平行或垂直抽采管方向气压变化值均关于抽采管对称,离抽采管抽采段越近,瓦斯解吸速率越快,瓦斯解吸速率与距离抽采管连接段远近无关;2）瓦斯抽采中,随着地应力增加,瓦斯解吸速率减缓,压降漏斗收缩变小,瓦斯有效解吸面积变小,且地应力对消除突出危险区域出现时间影响差异不明显,但随着地应力增加,消突范围渐缩小;3）瓦斯抽采中,瞬时流量随时间演化可分为急速升高、快速衰减和极限抽采三个阶段,并且随着地应力增加,瞬时流量峰值减小,瞬时流量衰减速率减缓,瓦斯累积流量降低,累积流量增长速率减缓,抽采效率降低。     

首山一矿聚能双掏槽光面爆破技术应用

为适应平宝公司岩巷掘进的巨大需求,满足矿井采掘布局的进一步优化需要。针对岩巷掘进施工时打眼多、装药多、光面爆破效果差、工效低的现状,分析了原有爆破方式施工存在的问题及原因,在常规岩巷光面爆破的基础上,利用理论分析,室内试验,现场试验等手段,研究开发了聚能水压双掏槽光面爆破技术。并在平宝公司首山一矿进行了应用。工程实践表明,该方法大幅度降低炮眼掘进量,雷管、炸药等消耗量,降低爆破材料费。有效提升了岩巷光面爆破效果、增加了循环炮进率,岩巷光爆效果得到了明显的提升。在相同的条件下进尺效率得到了提高,在满足工程质量的同时,降低了施工成本,更加的节能环保。