岩石水压致裂影响参数的仿真

针对影响水压致裂实验中起裂和失稳压力变化的诸多因素,通过RFPA2D-Flow数值仿真实验,建立了水压致裂模型,研究了孔隙水压力系数、围压比及非均匀性等因素对水压致裂的影响.研究结果表明,试件孔隙水压力系数及围压比的变化对水压致裂起裂压力和失稳压力影响明显;随着孔隙水压力系数的增大,岩石试件的起裂压力和失稳压力都随之减小,最大降幅可达37%;而围压比从1.0增加到1.5过程中,起裂压力和失稳压力降低了大约16%.分析结果对水压致裂施工设计及研究具有一定的参考价值.     

低渗油藏径向水力射流压裂裂缝延伸规律

基于扩展有限元法基本理论,建立水力径向射流压裂裂缝延伸三维有限元模型,结合岩石的抗拉破坏准则,研究径向钻孔参数包括钻孔孔径、钻孔方位角及钻孔深度对地层破裂压力的影响。结果表明:随着孔眼直径的增加,起裂压力呈明显的线性降低趋势;地层破裂压力随着射孔方位角的增加而增大,40°为获得地层低破裂压力所允许的临界射孔方位角,优化钻孔与最大水平地应力的最佳夹角不超过40°;不同射孔角度下压裂裂缝扩展规律亦不同。     

生物柴油微观喷雾的灰色关联分析

为探究影响生物柴油雾化性能的主次因素,对B100(棕榈油生物柴油)、N10(生物柴油的体积分数为90%,正丁醇的体积分数为10%)和N20(生物柴油的体积分数为80%,正丁醇的体积分数为20%)的雾化特性进行了试验研究。采用定容弹高速摄影与多普勒粒子分析仪测量系统研究了3种燃油在不同喷孔直径、喷油压力及背压下的微观雾化特性,分析了雾化油滴的轴向速度和索特平均直径DSMD的变化趋势,并在此基础上通过灰色关联理论,计算得到了正丁醇掺混比、喷孔直径、喷油压力及背压对生物柴油DSMD的影响程度。结果表明:随着正丁醇掺混比的增加,雾化油滴的轴向速度与DSMD都有所减小,B100的DSMD从轴向长度5mm处的106.74μm降低到轴向长度70mm处的57.98μm;随喷孔直径和背压减小、喷射压力增大,3种生物柴油的DSMD均呈下降趋势,雾化质量得到改善。通过DSMD的灰色关联计算,得到正丁醇掺混比、喷孔直径、喷射压力和背压与DSMD之间的关联度分别为0.507 2、0.755 8、0.607 7和0.789 5,说明背压对DSMD的影响最大,喷孔直径与喷射压力次之,正丁醇掺混比对DSMD的影响最小。     

基于拉瓦尔管的气液两相流雾化规律研究

基于拉瓦尔管设计了一种雾化喷管,使天然气产生超音速流动,把液流剪切破碎成小液滴,降低了气液相截面密度和流动阻力.采用数值仿真软件Fluent模拟了喷管内部气液相流动的微观形态和内部流场规律,分析了气相压力、液流速度、喷孔直径和液相喷孔数量对雾化颗粒分布规律和雾化效果的影响.研究得出在303 975 Pa的气相压力下液流喷射深度为0.911 2 mm,散射宽度为1.201 3 mm,雾化效果较好;气相压力增大至1 013 250 Pa时,雾化颗粒贴近壁面,喷射深度为0.304 1 mm,散射宽度为0.365 0 mm,雾化效果变差.液流速度增加,雾化效果增强;喷孔直径增大,喷射深度增加,喷孔直径为1.2 mm时,散射宽度有极大值2.356 2 mm,雾化效果最好.使用双喷孔结构,雾化颗粒直径分布均匀,近似于正态分布,雾化颗粒直径减小,雾化效果增强.通过改变工况参数,可提高携液率和排采质量.     

喷油参数对重型柴油机喷油器喷油规律的影响

柴油机各孔喷油规律对燃油在燃烧室的分布、雾化、可燃混合气形成、燃烧有重要影响,从而影响柴油机排放性、经济性、动力性。基于自行搭建的动量法各孔喷油规律测试系统,以某大功率柴油机喷油器为研究对象,探讨了不同喷油压力、喷油脉宽和喷孔直径对喷油器各孔喷油规律的影响。结果表明:随着喷油脉宽的增加,相同压力下喷孔喷油速率和流量系数发展趋势保持一致,喷油持续期增加。随着喷油压力的增加,喷油速率和流量系数随之增加,喷孔有效流通面积增大,空化效应更弱。但相比于喷油速率,流量系数变化较小。随着喷孔的直径增大时,喷油速率及其波动增大,喷油速率最大值对应时刻延迟,喷油持续期减小,喷孔的流量系数增大。     

基于灰色关联分析的生物柴油微观喷雾特性研究

为探究影响生物柴油雾化性能的主次因素,对B100（棕榈油生物柴油）、N10（生物柴油的体积分数为90%,正丁醇的体积分数为10%）和N20（生物柴油的体积分数为80%,正丁醇的体积分数为20%）的雾化特性进行了试验研究。采用定容弹高速摄影与多普勒粒子分析仪测量系统研究了3种燃油在不同喷孔直径、喷油压力及背压下的微观雾化特性,分析了雾化油滴的轴向速度和索特平均直径D_(SMD)的变化趋势,并在此基础上通过灰色关联理论,计算得到了正丁醇掺混比、喷孔直径、喷油压力及背压对生物柴油D_(SMD)的影响程度。结果表明：B100的D_(SMD)从轴向长度5 mm处的106.74 μm降低到轴向长度70 mm处的57.98 μm,且随着正丁醇掺混比的增加,雾化油滴的轴向速度与D_(SMD)都有所减小。随喷孔直径和背压减小、喷射压力增大,3种生物柴油的D_(SMD)均呈下降趋势,雾化质量得到改善,通过D_(SMD)的灰色关联计算,得到正丁醇掺混比、喷孔直径、喷射压力和背压与D_(SMD)之间的关联度分别为0.507 2、0.755 8、0.607 7和0.789 5,说明背压对D_(SMD)的影响最大,喷孔直径与喷射压力次之,正丁醇掺混比对D_(SMD)的影响最小。     

基于灰色关联分析的生物柴油微观喷雾特性研究

为探究影响生物柴油雾化性能的主次因素，对B100（棕榈油生物柴油）、N10（生物柴油的体积分数为90%，正丁醇的体积分数为10%）和N20（生物柴油的体积分数为80%，正丁醇的体积分数为20%）的雾化特性进行了试验研究。采用定容弹高速摄影与多普勒粒子分析仪测量系统研究了3种燃油在不同喷孔直径、喷油压力及背压下的微观雾化特性，分析了雾化油滴的轴向速度和索特平均直径D_(SMD)的变化趋势，并在此基础上通过灰色关联理论，计算得到了正丁醇掺混比、喷孔直径、喷油压力及背压对生物柴油D_(SMD)的影响程度。结果表明：B100的D_(SMD)从轴向长度5 mm处的106.74 μm降低到轴向长度70 mm处的57.98 μm，且随着正丁醇掺混比的增加，雾化油滴的轴向速度与D_(SMD)都有所减小。随喷孔直径和背压减小、喷射压力增大，3种生物柴油的D_(SMD)均呈下降趋势，雾化质量得到改善，通过D_(SMD)的灰色关联计算，得到正丁醇掺混比、喷孔直径、喷射压力和背压与D_(SMD)之间的关联度分别为0.507 2、0.755 8、0.607 7和0.789 5，说明背压对D_(SMD)的影响最大，喷孔直径与喷射压力次之，正丁醇掺混比对D_(SMD)的影响最小。     

二甲醚喷雾特性的研究

采用高速摄影和激光阴影法在压力容弹中研究了喷油启喷压力、环境介质的密度、喷孔直径等参数对二甲醚喷雾特性的影响,并与柴油的喷雾特性进行了对比,结果表明：二甲醚的喷雾贯彻度小于柴油,喷雾锥角比柴油大;随着环境介质密度的增加,二甲醚的喷贯穿度减小,喷雾锥角增大;随着喷孔直径原增大,喷雾贯穿度和喷雾锥角均增大;当喷嘴启喷压力在10．0－15．0MPa之间变化时,二甲醚的喷雾贯穿度和喷雾锥角等特性没有变化。     

缸内直喷汽油机喷嘴内流动影响参数分析

为了研究缸内直喷汽油机喷油嘴内流动特性及影响喷孔出口流动参数的因素,建立了欧拉多流体模型对喷嘴内流动进行模拟计算,并对所建模型进行了验证.分析了不同介质和不同喷嘴进出口压差下喷孔内流动特征及影响喷孔出口截面流动参数的因素.结果表明:气泡数密度增大则空穴程度增大,但当气泡数密度大于一定值时,空穴流动趋于稳定;随着空穴程度的增大,喷孔出口截面平均速度增大,平均湍动能减小;喷嘴进出口压差的增大,有利于空穴的发生;喷嘴内湍动和气泡与流动介质间相对运动产生的压力波动,有利于喷嘴内空穴发生;在较高的喷嘴进出口压差的情况下,局部湍动对喷孔出口截面的湍动能影响不可忽略;喷孔内流量系数主要受空穴程度影响.     

膨胀岩隧道二次衬砌结构受力特性及工程对策分析

膨胀岩对水敏感性强,遇水发生膨胀变形,并产生膨胀压力。为探究膨胀岩隧道在膨胀压力作用下的结构受力特性,以实际隧道项目为工程背景,基于荷载结构法理论,对膨胀岩浅埋隧道在不同的膨胀位置、不同仰拱矢跨比和不同仰拱厚度时的二次衬砌结构的受力特性及变形规律进行了分析和研究,研究结果表明：隧道常规设计断面下,当围岩发生膨胀时,结构承载力不足;当围岩在隧道仰拱和边墙处发生局部膨胀,此工况下的仰拱及拱脚位置处的内力最大,仰拱隆起变形最大,对结构的危害最大;提高仰拱矢跨比和加大仰拱厚度可降低结构内力和抑制仰拱隆起变形,发挥重要作用,但二者提高到一定范围后作用减弱,工程中应视实际情况选择最优仰拱矢跨比和厚度;当围岩在隧道全环发生膨胀时,可通过提高结构混凝土强度等级和配筋率增大结构承载能力。     

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论,对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析,将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段,即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段;且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系,随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加,水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段,且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。     

穿煤层钻孔定向水压致裂的数值仿真

选取鸡西城山煤矿现场实例,利用RFPA2D-Flow软件模拟了穿煤层钻孔定向水压致裂全过程.分析了应力、水压的分布与变化规律,研究了损伤区域、卸压区域的形成与扩展过程.对穿煤层钻孔定向水压致裂前后煤层瓦斯抽放过程中瓦斯抽放效果及压力分布进行了对比研究.结果表明,实施定向水压致裂后压裂孔与控制孔之间的卸压区成为主要的瓦斯渗流通道,使瓦斯抽放效果显著提高.     

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.     

静态破碎剂的轴向膨胀力学性能实验研究

针对静态破碎剂轴向膨胀力学行为进行了深入研究,提出了测量静态破碎剂膨胀压的轴向输出法,设计了测试系统及核心钢筒组件.分别采用轴向输出法和外管法对静态破碎剂膨胀压进行了测试.通过对比在不同孔径条件下两种方法测得的膨胀压,分析了孔径大小对静态破碎剂轴向膨胀压及其输出率的影响.结果表明:轴向输出法能够可靠准确测得静态破碎剂膨胀压;在固定的高径比条件下,静态破碎剂轴向膨胀压随孔径尺寸增大而增加;孔径小于50 mm时,自封孔效应导致静态破碎剂输出轴向膨胀压的能力减弱;孔径大于150 mm时,轴向膨胀压与径向膨胀压趋于一致,轴压输出率达100%.     

DF-1 型泡沫剂的研制和应用

从提高钻井效率、保护孔壁、提高岩矿芯采取率的技术要求出发，研制了专门用于多工艺空气钻进配制泡沫液和泡沫泥浆的新型泡沫剂——ＤＦ－１型泡沫剂。用该泡沫剂配制的低密度钻井液体系适用于低压漏失、孔壁失稳、干旱缺水等复杂条件的钻进，取得了令人满意的成效。应用结果还表明，ＤＦ－１型泡沫剂在地热钻井、水文水井钻探、地质灾害治理工程中也有良好的应用效果。     

分段压裂过程中射孔段水泥环密封完整性的数值模拟

水平井射孔段井筒由于孔眼的存在,在分段压裂过程中应力集中现象极易加剧固井水泥环的破坏。此外,由于高压压裂液直接作用在水泥环孔眼壁面上,使其完整性在压裂过程中遭受的挑战更大。本文建立了热流固耦合数值模型旨在分析分段压裂过程中射孔段水泥环内部的温度与应力变化,研究了套管内压、压裂液排量、水泥弹性模量、孔径与孔密对于水泥环密封完整性的影响规律。计算结果表明,压裂过程中水泥环一界面、二界面以及孔眼处均会产生剪切破坏。考虑瞬态力热耦合作用时,水泥环孔眼处失封风险提高。压裂液排量、孔径与孔密对水泥环切向应力影响较小;套管内压与水泥环弹性模量的降低虽然可在一定程度降低剪切破坏系数,但难以避免射孔段水泥环压裂初期的剪切破坏。     

膨胀管技术中膨胀芯头锥角设计

膨胀套管技术是20世纪90年代才兴起的一门节约井眼直径的钻井技术,在我国还处于理论探索阶段。用ADINA软件中的弹塑性有限元接触问题建立了可膨胀管膨胀过程的力学模型,通过对膨胀芯头锥角α的不同取值,在相同工况下对N-80钢级材料的244.5 mm(95/8″)套管膨胀至298.4 mm(113/4″)的膨胀过程进行详细的计算机模拟分析,并且在定性和定量地比较套管膨胀后的等效应力、接触压力、残余应力、膨胀芯头所需的推动力以及套管轴向收缩量的基础上,得出了膨胀芯头的锥角α取值为12.3°时更有利于膨胀套管的膨胀,为膨胀芯头的结构设计提出了依据。     

超临界CO2喷射压裂射流密封机理

超临界CO2(SC-CO2)喷射压裂技术有望成为非常规油气资源的高效开发手段。为了探明其射流密封机理,开展了SC-CO2喷射压裂作业时环空、孔眼及裂缝中的流场数值模拟研究。结果表明：SC-CO2喷射压裂作业时SC-CO2射流在环空附近形成低压区,促使环空流体进入地层孔眼而不进入已压开裂缝中,从而实现射流密封;SC-CO2喷射压裂的射流密封效果与喷嘴压降和喷嘴直径正相关,与套管孔径和环空压力反相关,而受到SC-CO2流体温度的影响极小;在相同的模拟条件下,SC-CO2喷射压裂的射流密封效果强于水力喷射压裂。     

静态破碎剂性能分析及致裂效果实验研究

为解决现有煤矿井工开采过程中预裂爆破安全性低、适用性差以及水压致裂条件苛刻,破岩效果弱的问题,提出静态致裂的方法,通过研究不同影响条件下静态破碎剂的反应状态和致裂效果,对不同拌合水温、水灰比条件下的静态破碎剂反应温度、反应时间、反应体积变化、岩样致裂效果、应力变化进行了研究。结果表明:水灰比一定,静态破碎剂完全反应时间随拌合水温升高而降低,但最终反应完全后温度不变;相同拌合水温条件下,水灰比越小,静态破碎剂反应时间越短,反应速率越快;水灰比越小,混凝土试件开裂时间越短,水灰比越大,开裂时间越长,开裂效果与裂缝位置有关,块体应变呈现先增后减的趋势。