不同渗流速度对新型管幕冻结法温度场影响

为了探究渗流作用对新型管幕冻结法温度场发展与分布规律的影响,利用有限元软件研究不同渗流速度下冻结施工中冻结帷幕的发展规律,通过分析冻结壁的交圈时间与最终厚度,得出如下结论：渗流对冻结帷幕的影响主要体现在冻结施工前期冻结壁未交圈时,以及渗流作用对上游的冻结帷幕影响较下游更显著,导致冻结帷幕产生向下游的偏移;冻结壁交圈后能发挥较好的止水作用,冻结区域内渗流速度几乎为0;渗流对温度场的影响体现在使冻结壁交圈时间推迟与使冻结壁厚度变薄,随着渗流速度增加,冻结帷幕交圈闭合时间延长呈现非线性,可采用指数函数进行拟合;上游与冻结方向平行处冻结壁最薄,冻结帷幕与渗流方向垂直处几乎不受到渗流影响,在渗流速度过大时,冻结帷幕交圈时间会大幅增加,可采用加密上游冻结管的方式减小渗流对冻结区域的影响,分析结果可为后续类似工程提供参考依据.     

冻结壁位移对冻结管断裂的影响

采用现场实测与数值模拟相结合的综合研究方法，对深部厚粘土层冻结凿井时冻结壁的位移和底鼓在时间上和空间上进行了全域性的研究，从而找出了冻结管断裂的主要原因。     

地下水横向水平流速对人工水平冻结壁形成的影响

基于多孔介质传热和渗流理论,建立渗流场和冻结温度场的耦合数学模型,采用有限元方法模拟了某地铁隧道与车站对接的加固工程中冻结温度场变化和冻结壁形成过程.研究表明,在矩形布孔方式下横向水平流作用的冻结壁呈不均匀对称状,垂直于地下水流向的冻结壁形成慢,平行于流向的冻结壁形成较快,且上游冻结壁厚度薄,下游冻结壁厚度大;在交圈时间上,垂直于流向的冻结壁中部交圈迟缓;流速的改变对上游冻结壁平均厚度影响最为显著.     

渗流条件下人工冻结模型试验研究

运用相似理论设计了不同的渗流速度,冻结管间距下冻结物理模拟试验,研究不同试验条件下渗流方向温度分布规律、冻结过程中温度场分布特征及冻结壁厚度的变化。研究表明：无渗流时,主面及界面的上下游温度分布具有明显的对称性;而在渗流作用的影响下,上游温度明显高于下游,随着渗流速度增加及冻结管间距变大,这种不对称性也愈加明显,不对称性大大增加;冻结壁交圈时间随渗流速度的增加而增加,但渗流速度过大时冻结壁无法交圈;在渗流条件下,冻结间距增大会导致冻结壁厚度大幅度减小,交圈时间大大延长。     

地下水流对冻结壁形成影响的数学模型建立

采用多孔介质热运移理论建立了考虑地下水流时冻结壁发展的数学模型,可用于数值模拟研究地下水流对冻结壁形成的影响。     

冻结壁稳定性的冻结管曲率检验法

本文综合应用冻结壁蠕变规律模型试验及数值模拟结果,分析了冻结管变形规律和冻结壁位移规律的关系,研究了冻结管变形曲率的数学表达式.在此基础上,提出了冻结管安全性曲率检验法,并以曲率检验法的观点探讨了冻结壁设计和工程施工中的若干问题.     

人工裂缝宽度对页岩气渗流规律的影响

针对人工裂缝宽度是水力压裂后产生的评价气田开发效果的重要参数,为研究人工裂缝宽度对页岩气渗流规律的影响,建立了基质—裂缝系统双重介质气体渗流数学模型,采用有限元方法对页岩气在储层渗流过程中的压力进行求解,揭示在定产量条件下定性和定量的描述人工裂缝宽度对储层压力及井底压力的影响及其渗流规律,并优化人工裂缝宽度。结果表明:人工裂缝宽度对储层压力影响较小,增加人工裂缝宽度,基质和裂缝系统的压降未产生明显差异,但提高了压力波及范围。当人工裂缝宽度为7 mm时,页岩气的泄气面积最大,基质系统吸附气解吸量最大,压力波及范围最广且传播到井底的速度最快,气体渗流效果最佳;人工裂缝宽度增加对井底压力影响较小,但井底压力有小幅上升趋势且下降速度逐渐减慢。当人工裂缝宽度为7 mm时,井底压力最高,基质向裂缝方向压力波传播速度最快,基质系统吸附气解吸量最大,裂缝与基质沟通效果最优。综上,在裂缝宽度研究范围内,人工裂缝宽度为7 mm时为最优裂缝宽度。因此,压裂时应充分考虑人工裂缝宽度对页岩气渗流规律的影响,通过储层压力展布及井底压力变化有效指导压裂开采。     

冻结壁的有限元分析

本文指出了以往冻结壁设计所存在的问题,认为用有限元法求解冻结壁应力和位移比较恰当。介绍了冻结壁有限元分析的基本理论、计算成果及其分析。提出了水平不动面的概念,并据此求冻结壁的绝对位移值。提出了用有限元法与现场观测相结合的办法推算冻土物理力学性质、并根据所求出的冻土物理力学性质进行冻结壁设计或予测未来井筒的井帮位移值。     

冻结壁厚度的计算

在冻结施工中,冻结壁厚度对施工顺利进行以及工程费用和施工期限有着很大影响,冻结壁厚度不够会造成片帮、湧砂、甚至井壁坍塌等严重事故,冻结壁厚度过大会增加不必要的工程费用和延长施工期限。     

孔隙网络模拟渗流速度对页岩气开采的影响

孔隙网络模型是预测多孔介质流动特性的有效手段。基于页岩气藏微观孔喉参数建立了随机孔隙网络模型,并模拟了气水两相流动,通过求解模型压力矩阵方程,绘制渗流图像;通过模拟不同速度下的渗流特征,分析了水侵现象、渗流速度对气水两相渗流路径的影响。结果表明,渗流速度与驱替压差呈正相关,在渗流速度大于临界流速v_c的驱替过程中,压降梯度对渗流路径起主要影响作用,不同的渗流速度会形成不同的渗流路径,渗流路径符合分形特征;而由于较高渗流速度（大于临界流速v_c）会破坏气/水界面稳定性,因此,高渗流速度更利于水侵而降低页岩气产量;若渗流速度小于临界流速v_c,气/水界面趋于稳定,促使页岩气大量产出。     

地铁隧道水平冻结法施工冻结壁温度场影响参数分析

以地铁隧道水平冻结法施工中最常见的粉质粘土为例,应用大型数值分析软件ANSYS系统研究冻结管直径、冻结管间距、盐水温度、土层含水量4大因素对冻结法施工中温度场的影响,提出各因素对冻结壁厚度和冻结时间的灵敏度公式;在各影响因素下通过灵敏度对比分析,得出各因素对冻结壁厚度灵敏度影响规律,该影响规律由大到小依次为:盐水温度、冻结管间距、冻结管直径、土层含水量.     

多圈管冻结壁温度场发展及冻结管偏斜影响

人工多圈管冻结是深厚地层井筒掘砌的最有效方法,为进一步了解冻结壁温度场发展特性,以某冻结井筒为原型,开展了室内多圈管冻结模型试验,同时借助有限元软件对冻结管无偏斜以及随机偏斜两种条件下冻结壁温度场发展特性进行了分析比较。得出冻结管布置圈径对冻结壁环向扩展速率影响较小;冻结管偏斜对井帮温度、冻结壁有效厚度影响较小,但对不同位置冻结壁交圈时间及对径向方向冻结壁平均温度影响较大;同时冻结管偏斜会使冻结壁内部产生更多的密闭未冻承压水仓,引起冻结壁内部冻胀力增大,对冻结壁整体稳定性产生不良影响。在冻结造孔时,要严格控制冻结管偏斜。     

多壁碳纳米管对水冻结过冷度影响的试验研究

无机相变材料在冻结相变过程中普遍存在着过冷现象,限制其应用和发展.针对水过冷问题,试验研究多壁碳纳米管对水冻结相变过冷度的影响,试验给出了纯水和多壁碳纳米管/水系统在水冻结过程中的温度变化特征,重点分析多壁碳纳米管的添加比对水冻结过冷度的影响.试验结果表明,多壁碳纳米管的加入可显著地降低水体冻结过冷度,并且随着添加比例的增加,水体冻结的过冷度将获得进一步的降低,有效地缩短了水冻结相变时间.     

多圈管冻结凿井冻结壁形成特性

采用数值分析方法,研究了2圈和3圈冻结管方案下冻结壁厚度及温度变化规律,着重分析了辅圈对冻结壁形成特性的影响。结果表明,冻结早期,3圈中辅圈能显著提高冻结壁厚度增长速率和降低冻结壁平均温度;辅圈对冻结壁最终厚度和平均温度影响较小;辅圈可加快井帮冻结,对井心温度影响较小。     

万福矿井冻结壁稳定性分析

本文考虑了冻土的非线形特点,运用非线性弹塑性理论与有限元数值分析研究了万福井筒冻结壁的应力场位移场,得出了比较合理的结果,该方法可以作为深井冻结壁结构设计的参考.     

立井冻结壁初应力场分析

本文分析了井筒开挖前冻结壁的应力分布。在分析计算中，将介质作为非均匀的各向同性的线弹性体，并考虑介质中水冻结成冰引起介质体积膨胀的情形。     

深井冻结冻结壁与外层井壁共同作用的理论分析

本文把冻结壁和外层井壁作为复合结构,共同承受地层压力,根据莫尔——库伦塑性准则,进行了理论分析,提出了弹塑性冻结壁变形特征表达式,以及冻结壁与外层井壁共同作用的设计计算方法。     

容重对砂土渗透系数的影响

为了探明容重对砂土渗透系数的影响,文章选用淮河蚌埠段4个不同容重的砂土,采用离心机法测定其土壤水分特征曲线,用定水头法测定饱和导水率,应用RETC软件中的van Genuchten模型进行拟合。结果表明:砂土饱和导水率与容重呈负线性相关,饱和含水率θ_s和参数α值与容重呈显著负相关,残余含水率θ_r和参数n值与容重呈正相关;吸力小于100 cm以内,不同容重砂土的渗透系数在急剧下降,吸力大于100 cm时,渗透系数随吸力变化不大,曲线呈平直状;当量孔径的累积百分比随容重增加而减小。该研究可为砂土入渗及蒸发数值计算提供支持。