碎软煤层条件下大孔径钻孔围岩损伤规律研究

利用Comsol Multiphysics软件构建了中兴煤矿井下3205工作面运输顺槽施工300 mm大直径钻孔的三维数值模型,根据中兴煤矿的实际条件对模型设置了相应的垂直地应力15 MPa,对钻孔周围煤体的损伤变化过程进行了数值模拟。结果表明:在垂直地应力达到15 MPa的条件下,钻孔周围煤体的弹性模量降低的影响范围在水平方向约为200~300 mm,垂直方向约为50~100 mm;钻孔周围煤体的损伤破坏区域增大为钻孔面积的5.434倍;钻孔周围煤体的损伤破坏区域内累计声发射数量达到了2753个;钻孔周围煤体的损伤破坏区域内的瓦斯渗透率明显增大,对比初始渗透率升高了7644倍。可见大直径钻孔对煤体的损伤效果明显,瓦斯渗透性增强,将能够有效提高瓦斯抽采效果。     

巷道中瓦斯涌出位置对瓦斯分布的影响规律模拟

为了防止瓦斯积聚,确保矿井安全生产,必须准确掌握瓦斯涌出位置对巷道中瓦斯分布与瓦斯积聚位置的影响规律。基于计算流体动力学基本理论,利用Fluent软件,在湍流充分发展区,使用标准双方程湍流模型,对不同瓦斯涌出位置对巷道中的瓦斯分布与积聚进行数值模拟,分析研究了瓦斯涌出位置对巷道中瓦斯分布的影响规律,得出不同涌出位置巷道中瓦斯分布与瓦斯积聚的一般规律。模拟结果表明:瓦斯涌出位置对巷道中瓦斯分布影响很大,顶板涌出的瓦斯难以与空气混合,顶板处容易发生瓦斯积聚;侧壁涌出瓦斯时,断面上侧壁与顶板处瓦斯浓度比中心区域高;底板涌出的瓦斯在上浮力作用下容易与空气混合,底板附近不易积聚高浓度瓦斯。     

含水层型地下储气库天然气动态运移规律

根据含水层型地下储气库储层高度与面积相比很小的特点,建立了含水层型地下储气库天然气动态运移的积分平均模型。利用该模型计算了国内某拟建含水层型地下储气库天然气动态运移过程中注气点含气饱和度和压力随时间的变化规律,对比了本文模型与传统二维渗流和三维渗流数学模型的计算精度,研究了天然气动态运移过程中储层厚度、储层渗透率、注气速率和排水量等参数对注气点压力的影响。结果表明：本文建立的积分平均模型具有较高的计算精度,可以满足工程计算要求;注气点压力随着储层厚度、渗透率和排水量的增加呈非线性降低,随着注气速率的增加呈非线性增加。     

采空区瓦斯异常涌出防治技术研究

为了解决采空区上隅角瓦斯超限的问题,本文利用数值模拟软件对不同风速下采空区氧气及瓦斯浓度分布情况进行分析,发现风速较小时,此时的采空区内部瓦斯浓度偏高。而增大风速,此时部分瓦斯被吹至采空区深处,形成内部瓦斯浓度积聚。在合理风速下,利用立埋管群的方法进行瓦斯治理,经过治理后发现随着推进距离的不断增加,上隅角瓦斯浓度呈现大幅下降趋势,有效解决了工作面上隅角瓦斯积聚、超限的问题,为矿井安全生产做出借鉴。     

天然气沿断裂运移规律的物理及数值模拟

利用自行设计组装的模拟实验装置,对原油沿断裂运移的规律进行了物理模拟,结果表明,原油沿断裂运移速度具有与断裂带倾角成正比、与断裂带填充物粒度和泥质含量成反比的规律。利用模拟实验研究了原油和天然气通过岩样运移速度之间的函数关系,结果查明其比值大小与砂岩孔隙度成直线反比关系、与渗透率成指数反比关系。在此基础上,利用原油沿断裂运移规律对天然气沿断裂运移规律进行了数值模拟,在相同条件下发现了天然气沿断裂运移速度较原油大两个数量级以上和天然气沿断裂运移速度与断裂带倾角也成正比、与断裂带填充物粒度和泥质含量也成反比的规律。     

走向高抽巷布置参数分析与瓦斯抽采工程实践

我国西部地区煤矿采煤工作面瓦斯涌出量大,瓦斯超限严重影响工作面安全回采,目前采用的走向高抽巷方式因其具体布置层位多凭经验选取,若布置不合理,则抽采效果差,不能有效地治理工作面瓦斯,故进行走向高抽巷布置参数的优选具有重要意义。为此,在理论分析计算的基础上,针对西部地区典型的开采条件,采用非线性大变形程序数值模拟了采空区顶板覆岩应力分布及裂隙演化规律,确定了走向高抽巷应布置在采空区顶板裂隙带的中上部40 m的岩层中,距回风巷水平投影距离为40 m。并以山西天池煤矿103工作面为例,验证了高抽巷布置参数的合理性,其最大瓦斯涌出量高达90.32 m³/min。以此为指导,通过采取走向高抽巷抽采、风排和尾排瓦斯相结合的综合治理技术,日产原煤最高达8 000 t,平均瓦斯抽采率达70%,最大瓦斯抽采率达86%,工作面回风流的瓦斯浓度控制在0.8%以下,实现了高瓦斯综放开采工作面的安全高效回采。     

井筒砂粒运移规律室内模拟实验研究

利用研制的井筒携砂实验装置,模拟了一定砂粒配比下不同井型中的携砂情况.观察了颗粒在不同倾斜角度的井筒中的运移方式,测定了不同粒径的砂粒被携带出的临界流量,揭示了颗粒直径同流体流量关系变化规律.实验结果表明,流体的流速和携砂管的倾斜程度对砂粒携带能力有很大影响,流体流速越大,携带的颗粒直径也越大,砂粒在携砂管中的流动方式随携砂管倾斜角度而变化,携砂管垂直放置时,颗粒以均匀悬浮方式运移:携砂管倾斜时,颗粒以非均匀分层流动、跳跃和移动床流动方式运移.同一粒径砂粒在不同倾斜携砂管中的临界流量表明,携砂管倾斜60°时,携带能力最弱,携砂管垂直时携砂能力最强.     

复杂裂缝内支撑剂沉降运移CFD数值模拟

复杂裂缝内支撑剂沉降运移形成的砂堤展布形态对于压裂裂缝填砂导流能力及后续油、气井增产效果影响显著,为此本文开展了带有分支缝的裂缝内支撑剂输送规律研究,采用CFD数值模拟方法,分析了主/分支裂缝内砂堤生长模式,评价了携砂液注入速度、注入位置、分支缝位置对裂缝内砂堤展布形态的影响,提出了现场针对性措施。结果表明:主/分支裂缝内砂堤生长均表现为"先高度、后长度"生长模式;携砂液注入速度、注入位置、分支缝位置对于主/分支裂缝内沉降砂量影响显著,现场需选取合理施工参数范围以保证支撑剂有效充填。     

油气运移研究现状及主要进展

20世纪80年代以前,油气运移的研究主要集中在定性实验、机理认识和有机地球化学中油-源对比方面。之后,油气运移的研究呈多样化发展,主要包括:1)小尺度模型物理模拟-大尺度箱状模型-仿真模拟;2)油气运移流体动力学模拟-油气优势运移数值模拟;3)运移机理研究-系统论研究;4)油气运移流体示踪技术地球化学研究;5)网格模型-逾渗模型研究和应用;6)封存箱-幕式成藏理论与认识。未来油气运移学术领域的主要研究方向包括油气在输导层中运移的优势通道、逾渗模型在盆地尺度的发展和应用、断层启闭性评价方法、油气包裹体及自生矿物标志特征和采用动态、定量的动力学方法研究古流体运移问题的三场耦合。     

煤炭资源枯竭矿井煤层气运移及富集规律研究

基于煤层气吸附（解吸）机理与“三带” 发育理论,对煤炭资源枯竭矿井煤层气运移及富集规律进行了研究。结果表明：残气主要赋存于采空区、邻近煤岩层裂隙带、本煤层残煤及存在应力释放的邻近层残煤中。矿井关闭后,近水平煤层采空区内煤层气垂向上由采空区经垮落带向裂隙带方向运移,并在裂隙带与弯曲下沉带交界面下部形成高浓度富集区;倾斜煤层相邻采空区,煤层气向煤层上倾方向裂隙带运移,并形成富集区。若相邻采空区垂向裂隙贯通,则在上部采空区煤层上倾方向裂隙带内形成统一的富集区。     

波浪形筛网固相运移规律研究

根据钻井液振动筛振动力学的基本原理,通过对波浪形筛网面上的固相受力分析,建立了固相运移动力学模型,分析了颗粒在波浪形筛网面上的基本运动规律,讨论了振动频率、筛面倾角、振动方向角等因素对固相颗粒运移速度的影响。分析结果表明,这种新型波浪形筛网虽然避免了平板筛网的"马蹄铁"效应,但其颗粒运移速度却有所降低。     

矿井间断通风瓦斯积聚机理及防治技术研究

矿井瓦斯积聚与超限一直是威胁矿井安全生产的重要因素,而在煤矿正常生产过程中,矿井通风系统定期的倒机过程将直接引起整个矿井通风系统,以及井下流场空间内的间断通风情形。为此,本文以矿井倒机过程中间断通风造成瓦斯积聚为研究背景,详细分析了间断通风产生的原因及影响,通过对工作面和采空区瓦斯含量的分析,确定了过渡区域瓦斯浓度最低区域。在连续性通风方案的基础上,将倒机时间降低为1min,且倒机过程中风机运行稳定,整体通风系统运行稳定,有效改善间断通风期间瓦斯超标的现象,保障矿井安全生产。     

连续油管钻水平井岩屑运移规律数值模拟

连续油管钻水平井过程中,井底岩屑在重力作用下容易沉积在井壁下侧,形成岩屑床;连续油管又受到排量小、钻柱无法旋转等因素限制,造成井眼净化效率较低。针对这一问题,在欧拉坐标系下考虑相间滑移速度和颗粒流的影响,建立了微小井眼水平井岩屑运移的混合物漂移模型,采用Realize κ-ε湍流模式及SIMPLEC算法进行数值计算,研究了钻井液排量、环空偏心度、岩屑直径、井斜角和钻井液黏度等参数对偏心环空岩屑运移的影响,得到了各种条件下环空岩屑速度和浓度的分布规律。研究表明:随着钻井液排量增大、环空偏心度减小、岩屑直径减小、井斜角减小及钻井液黏度提高,连续油管水平井岩屑运移效率提高。      

不同振型振动筛的岩屑运移和堵筛规律研究

为降低钻井振动筛堵筛率并提高岩屑处理量,对不同振型下振动筛堵筛率和椭圆振动筛不同运动轨迹下岩屑运移规律开展研究非常必要。鉴于此,基于离散元法与振动筛运动理论,建立了不同轨迹振动筛运动模型,对岩屑在筛网上运移过程进行仿真。分析了振动筛不同振型时的岩屑堵筛规律,研究了椭圆振动筛不同长轴方向角与椭圆度时岩屑的运移速度和透筛率的变化规律。研究结果表明:椭圆振动筛的脱筛能力最强,圆振动筛其次,直线振动筛最弱;椭圆振动筛振幅大小一定,轨迹椭圆长轴方向角为45°时,岩屑运移速度最大;椭圆振动筛X方向振幅一定时,岩屑运移速度随轨迹椭圆度的减小而增大,透筛率随轨迹椭圆度的减小而减小。研究结果对提高振动筛筛分性能具有一定意义。     

基于Fluent软件的携砂液流动规律模拟研究

掌握支撑剂在裂缝中运移影响因素和最终铺砂形态规律,对于压裂方案设计和压裂现场施工非常重要。基于数值模拟计算的理论方法,应用Fluent模拟软件建立了矩形裂缝中携砂液流动分析模型,对不同密度支撑剂在裂缝中的运动轨迹和铺砂规律进行了研究。结果表明,支撑剂沉降速率随其密度的增大而增加,高密度支撑剂在缝口易形成砂桥,使得最终在裂缝中的铺砂分布不均;相同条件下,低密度支撑剂不会在缝口附近形成砂桥,形成的铺砂剖面较为均匀。     

水平段环空压耗与岩屑运移规律数值模拟

环空压耗是油气井控压与水力参数设计的基础,由于在水平段存在岩屑床、钻具偏心等特点,水平环空压耗的计算不能简单套用直井段压耗计算模式。采用流体力学软件CFD对环空固液两相流动进行数值模拟,建立水平段环空物理流动模型和数值模型,给出了水平段岩屑分布状态和压耗分布情况,分析了岩屑物性对环空压耗的影响规律,为现场准确计算环空压耗提供理论依据。     

回采工作面上隅角瓦斯超限原因及治理措施

为了解决采空区上隅角瓦斯超限问题,本文以屯兰矿18403工作面为工程背景,采用数值模拟对不同埋管深度及高抽巷层位下瓦斯抽采效果进行分析,根据实际情况进行模型建立,通过模拟不同层位瓦斯分布情况发现高抽巷布置位置距离上隅角越远,此时上隅角瓦斯治理越困难。同时为加强上隅角瓦斯治理,对不同埋管深度下上隅角瓦斯浓度分布分析,发现采空区上隅角瓦斯浓度与埋管深度呈现先降低后增加的趋势,最佳采空区埋管深度为40m。为上隅角瓦斯治理提供一定的参考。     

弱凝胶在多孔介质中的运移规律研究

通过线性填砂模型和透明微观模型实验,研究了弱凝胶在多孔介质中的运移规律和提高采收率的一般特性。线性填砂模型研究发现,弱凝胶在多孔介质中有较强流动性能和传播性能;透明微观模型实验研究发现,弱凝胶优先进入低阻力的大孔道,可拉伸变形通过窄小孔道,弱凝胶运移过程受到剪切稀释。弱凝胶的主要作用是驱替,而调剖只是初期或暂时的效果。     

综放面采空区低瓦斯异常涌出防治技术研究

为了解决采空区上隅角瓦斯超限的问题,本文以铺龙湾矿5110工作面为工程背景,采用数值模拟软件对不同风速下采空区氧气及瓦斯浓度分布情况进行分析,发现风速较小时,此时的采空区内部瓦斯浓度偏高。而增大风速,此时部分瓦斯被吹至采空区深处,形成内部瓦斯浓度积聚。在合理风速下,利用立埋管群的方法进行瓦斯治理,经过治理后发现随着推进距离的不断增加,上隅角瓦斯浓度呈现大幅下降趋势,有效解决了工作面上隅角瓦斯积聚、超限的问题,为矿井安全生产做出借鉴。