沁水盆地产层组合对煤层气井产能的影响

借鉴现有模型并结合沁水盆地现场实际，建立了煤储层双重孔隙多孔介质三维气、水两相耦合流动数学模型，研究了模型的全隐式解法，根据沁水盆地煤层和含水层的不同组合方式以及流体流动方式编制了7种组合方案，并利用自行编制的数值模拟程序对7种组合方案进行了单井产能数值模拟，最终确定将3号和15号煤层、K₂灰岩层联合作为产层是最优的组合方案.     

固体颗粒对油气井管柱的冲蚀损伤研究

油气井管柱内液体高速流动时,液体内含有的固体颗粒会对管柱造成损伤和冲蚀,因此有必要对油气井管柱受颗粒冲蚀特性进行研究。本文利用Fluent中湍流模型和DPM模型对90°弯曲油气管柱的固体颗粒冲蚀过程进行了数值模拟,研究不同影响因素下弯管内壁的冲蚀率及冲蚀效果。结果表明:固体颗粒对弯管的冲蚀磨损主要发生在弯曲段的下弯头外弧内壁;在流体速度和颗粒质量流率一定时,固体颗粒对弯曲内壁的冲蚀率随着流体黏度的增大而减小,随着固体颗粒直径的增大而增大,冲蚀量随着冲蚀时间的增加而呈线性增加;其他因素一定的条件下,固体颗粒对弯曲内壁的冲蚀率随着流体速度的增大而缓慢增大,增量逐渐减小。模拟结果为油气井管柱弯管的合理设计提供了数值依据和理论参考。     

多孔介质中的流动、传热与化学反应

矿业工程中的许多生产实际问题都可以归结为多孔介质中的传递问题。多孔介质分布广泛,研究其中的流动、传热与化学反应问题具有重要的实际应用和科研价值。评述了多孔介质中流动、传热与化学反应的研究现状,分析了3个过程之间的相互关系。指出流动作为一种输运方式,携带物质和热量沿流动方向进行迁移,引起物质浓度和温度分布的改变,对传热和化学反应过程产生影响;传热通过改变温度分布,引起流体物理性质和化学性质的改变,进而影响流动和化学反应;化学反应通过消耗反应物和生成产物,改变多孔介质的孔隙结构,改变孔隙流体的物理化学性质,改变固体和流体的传热性质,进而影响流动和传热。分析表明,化学反应作为发生在微观尺度上的过程,对宏观的流动和传热过程具有明显的影响,要对这种影响进行定量描述必须发展新的跨尺度的分析、测试和计算方法。     

强行渗透方法在小口径金刚石钻探堵漏中的应用

基于流体在多孔介质中的流动阻力及压力平衡原理,使用高浓度化学浆液（PAM等）加惰性材料,通过孔口倒入并封闭孔口,用泥浆泵送入冲洗液加压,使堵漏材料强行渗透到钻孔漏失层（多孔介质）周围一定范围内。从而淤塞其裂隙中的孔隙降低孔隙率,驱替该范围内裂隙中的其它流体（水或冲洗液）,以达到减渗堵漏的目的。     

循环流化床内煤矸石一维燃烧模型

为研究煤矸石在循环流化床锅炉内的燃烧性能,建立了预测煤矸石在锅炉内燃烧后的飞灰底渣残炭量的一维燃烧数学模型。建模采用"小室模型"的方法,将炉膛沿高度方向划分为多段小室,分别建立了质量平衡、动量平衡和组分平衡方程,计算得到了煤矸石燃烧特性沿炉膛高度的一维分布结果。与其他煤矸石燃烧模型不同的是,该模型详细考虑了锅炉内部气固流动、多孔介质传质和化学反应过程,并且耦合了颗粒在循环流化床锅炉的一维停留时间分布模型,模拟了颗粒在炉膛内部的流动过程。通过对模型的计算,得到矸石在循环流化床锅炉中的燃烧速率控制因素,以及矸石燃烧后的飞灰底渣残炭量与矸石物性参数和锅炉运行参数的关系。利用该模型计算并分析得到:矸石燃烧速率由灰层传质速率控制;选取灰层孔隙率大的矸石、增大锅炉热负荷、选取7m/s的风速、投入100~1 000μm的颗粒燃烧效率最高,飞灰或底渣残炭量最低。     

采空区多孔介质内流体传热研究

随着矿井开采深度不断增加,采掘工作面的高温热害日益严重,遗煤自燃现象尤为突出,严重影响矿井安全生产。为研究采空区多孔介质内流体传热规律,分析多孔介质传热影响因素,以姚桥煤矿7271工作面为例,建立采空区多孔介质模型,采用Fluent数值模拟方法模拟在不同风速、不同热源位置下采空区气体体积分数以及温度场变化。结果表明：随着风速不断增大,采空区自燃“三带”的范围不断向采空区深部移动,进风巷侧自燃“三带”影响范围较回风巷侧大;热源位置离进风巷越近,采空区整体温度越高,增大进风巷风速能有效降低采空区内部温度,降低多孔介质内流体传热效率。     

半承压煤层瓦斯流动的数学模型

煤层作为富含孔隙和裂隙的多孔介质,其中赋存的瓦斯流动符合多孔介质中的流体渗流规律,即达西定律。当煤层上覆岩层和底部岩层为致密岩层、透气性极小时,可以认为完全不透气,则含瓦斯煤层为承压煤层;当煤层上覆岩层和底部含有一定的裂隙,其渗透系数与含瓦斯煤层相比虽然很小,但仍然有少量瓦斯通过透气性较低的上下岩层流入或流出含瓦斯煤层,此时含瓦斯煤层为半承压煤层。在承压煤层瓦斯流动的基础上,考虑半承压煤层瓦斯流动的特性,分别推导了渗透率各向同性和各向异性条件下半承压煤层瓦斯流动的微分方程,从而建立了半承压煤层瓦斯流动的数学模型。     

煤直接液化减压进料阀组数值模拟与优化

以煤液化减压塔进料前的角阀、球阀及相联管道(简称“减压进料阀组”)的冲蚀磨损失效为研究对象,采用RNG 湍流模型、蒸发-凝结模型、随机轨道模型,结合高温冲蚀磨损实验修正建立的冲蚀磨损模型,数值计算了角阀典型开度下流速、相分率和壁面磨损率等参数的分布规律,并结合实际损伤形貌验证了冲蚀磨损数值方法的正确性。研究结果表明：角阀流道为缩放结构,阀芯头部流速增加,压力降低,发生汽-液转换形成局部空化;空化引起阀组流道内有效传输面积减小,流体介质速度提高,对固相颗粒的拖曳加速效应显著,高速的颗粒碰撞壁面是造成球阀端面及出口管道冲蚀磨损的主要原因。基于等磨损速率对比分析角阀不同入口角度与球阀位置的对应关系,以此提出优化方法。本研究有望为含固多相流介质节流设备的耐磨损优化设计和防控提供参考。     

顺层钻孔抽采煤层瓦斯有效影响半径数值模拟及应用

确定钻孔有效抽采半径是煤矿瓦斯安全高效抽采的关键,本文结合实际矿井的基础参数资料,利用流体力学软件Fluent,通过软件内置的多孔介质模型,对流场区域添加用于表征多孔介质性质的阻力参数来实现对流体在多孔介质中的流动过程的模拟。结果表明:1该工作面的理论有效瓦斯抽采半径约为1.9m,该工作面的抽采间距可设计为4m;2煤层渗透率改变影响瓦斯运移的阻力的变化,从而能大幅影响煤层内瓦斯的运移速度,而抽放负压通过影响瓦斯运移的动力,在一定程度上也会影响钻孔瓦斯流量;3模拟结果与试验结果具有很好的统一。     

常规矿井水处理石英砂过滤池研究与数值模拟

用CFD软件fluent建立多孔介质的石英砂过滤池模型,并基于标准k-ε湍流模型对内部流场进行单相流动数值模拟,探究不同入口速度、滤层厚度对滤层流场静压分布、速度分布、过滤压降的影响。     

煤储层粗糙割理中煤层气运移机理数值分析

有效描述粗糙割理中煤层气运移机理是实现其产能准确评估的基本前提。结合裂隙的立方定律以及广义Kozeny-Carman孔-渗方程,于理论层面推导了考虑内、外摩擦所致的裂-渗关系模型。其中内摩擦效应以煤层气运移的水文弯曲度来描述,外摩擦则通过引入端面曲折率来定义。借助分形理论实现了割理端面粗糙几何的定量描述,并采用格子Boltzmann方法模拟了煤层气运移过程,分析了端面分形维、绝对粗糙度以及相对粗糙度对煤层气输运特征的影响。在此基础上,对比分析了新裂-渗方程解析值同数值模拟渗透率之间的关系。结果表明,考虑了内、外摩擦效应的新方程能有效描述微观粗糙割理中煤层气的运移规律,并且物理意义明确。     

多孔介质渗透迂曲度理论推导与实验验证

多孔介质孔隙连通的定量表征与拓扑连通重构是揭示流体渗透规律的几何方法,而理论工作的滞后严重制约了新的几何建模方法产生.迂曲度是连接渗透率与几何结构的关键载体之一,其理论模型一直没有突破.结合Hagen-Poiseuille与Darcy公式,推导了毛细管迂曲度的普适表达式及颗粒构成孔道的迂曲度公式.针对低渗介质,结合毛细...     

双级等推力油缸CAT分析

由于油缸长度有时受到空间尺寸的限制,故有多级油缸的产生。目前的多级油缸不能保证在整个推进行程内使推力保持不变,而有些生产设备又有此要求,所以有双级等推力油缸的出现。笔者论述了这一新型油缸的数学模型,给出了计算框图,并对计算结果作了分析。指出在系统压力不变的情况下,油缸推进时,其输出推力在整个行程中确实为一定值,阀的液阻系数是影响油缸工作性能的一个重要参数,面积比值是影响回程速度和拉力变化的最主要因素,并提出了解决这些问题的意见。     

射孔对页岩水力裂缝形态影响的物理模拟实验

通过XRD、扫描电镜及力学强度测试等实验对龙马溪组页岩的物理力学性质进行分析,并采用真三轴压裂改造模拟器开展水平井水力压裂物理模拟实验,探究射孔参数及页岩物理力学性质对裂缝形态的影响规律。实验结果表明:(1)具有3种不同射孔类型的试样,在压裂后主要形成4种水力裂缝的形态模式,其中组合型射孔对于复杂裂缝的形成具有一定的促进作用。当射孔间相位角和间距过小时,缝间应力干扰增大,不利于扩大裂缝规模。(2)试样在压裂过程中的泵压-时间曲线,会因射孔类型的不同而呈现出明显的差异,曲线的波动程度和裂缝的复杂程度呈一定的正相关。(3)水力裂缝在延伸过程中与结构面相交时出现的穿透、分叉等现象是形成裂缝网络的前提。各向异性、微裂缝和微孔隙、脆性指数等页岩的物理力学性质会影响裂缝的扩展路径和迂曲度。     

Wing crack propagation model under high hydraulic pressure in compressive-shear stress state

A new wing crack model subjected to hydraulic pressure and far-field stresses was proposed considering the effect of hydraulic pressure in wing crack and the connected part of the main crack on the stress intensity factor at the wing crack tip. With the equivalent crack length l _eq of the wing crack introduced, the stress intensity factor K _I at the wing crack tip was assumed to the sum of two terms: on one hand a component K _I⁽¹⁾ for a single isolated straight wing crack of length 2l, and subjected to hydraulic pressure in the wing crack and far-field stresses; on the other hand a component K _I⁽²⁾ due to the effective shear stress induced by the presence of the equivalent main crack. The lateral tensile stress and hydraulic high pressure are the key factors that induce crack propagation unsteadily. The new wing crack theoretical model proposed can supply references for the study on hydraulic fracture in fractured masses, hydraulic fracturing in rock masses.     

基于Workbench的液压缸疲劳寿命分析

利用ANSYS软件的Workbench模块建立了液压缸结构模型,并利用有限元法进行了静强度和疲劳分析。得到了液压缸的应力及寿命分布云图,发现支撑处安全系数较低。在此基础上对液压缸进行优化设计,增加液压缸支撑处的倒圆角半径,重新进行有限元分析,仿真结果证明了这种方法可以保证液压缸具有较高的疲劳寿命。     

基于模糊层次综合分析法的液压支架安全性评价

 当前,在液压支架的安全应用和研究中,尚缺乏一种有效的评价方法,能够根据需要随时反映出液压支架的安全状态及安全等级,并为相关人员进行液压支架的安全管理工作提供理论依据。本文将模糊综合评价法与层次分析法相结合,建立液压支架安全评价模型,采用定性与定量相结合的层次分析法确定了指标体系中各因素的权重,对在役液压支架的安全性进行评价。通过实例液压支架分析,证明其评价结果和实际基本相符。     

煤层气储层水力压裂裂缝扩展模型分析及应用

以往对于水力压裂裂缝扩展模型的研究,主要集中在砂泥岩储层,而对煤储层的研究较少。以沁水盆地安泽区块煤层气储层为例,建立了水力压裂裂缝扩展模型并对该模型的现场应用进行了研究。首先通过煤储层水力压裂裂缝形态的分析,选取相应的裂缝模型;然后运用滤失经典理论并结合煤储层应力敏感性特征,提出了动态滤失系数计算方法,进而建立了裂缝扩展数学模型并对影响缝长的主要因素进行了评价;最后,应用模型对煤层气井的裂缝几何参数进行计算,并与现场裂缝监测数据比较,提出了模型适用的地质条件。研究结果表明:安泽地区煤储层水力压裂以形成垂直缝为主;考虑煤储层应力敏感性后,研究区综合滤失系数从3.36 mm/min1/2增大到4.24 mm/min1/2,在影响缝长的诸多参数中,排量、滤失系数和压裂时间是最主要的3个因素;模型计算缝长和裂缝监测数据吻合较好,但模型应用也有一定的限制条件,适用于水力压裂不压开煤层顶底板,以及天然裂缝发育较少的煤储层。     

通安煤矿综采工作面液压支架选型与计算

液压支架是综采工作面的主要设备之一,正确选择液压支架的架型,对于提高综采工作面的产量和效率、充分发挥综采设计的效能、实现高产高效尤其重要。在对通安煤矿Ⅲ上煤层顶底板分类的基础上,结合其煤层赋存条件,经过理论计算最终确定出适合通安煤矿Ⅲ上煤层的液压支架型号,确保了液压支架的适用性和可靠性。     

掘进机回转液压系统的功率键合图绘制与仿真

研究并采用功率键合图的方法建立了掘进机回转液压系统的动态模型,根据掘进机回转液压系统的实际工作情况建立了两种状态的功率键合图:一是油缸带缓冲装置的动态模型,二是溢流缓冲的动态模型;利用Simulink建立了动态模型并进行了仿真,结果表明仿真效果良好,为掘进机回转液压系统的设计提供理论依据。