LBM低粘增效粉——绳索取心钻探用泥浆材料

LBM是国家经委立项技术开发、并经地矿部勘查技术司列入新产品推广的新型泥浆材料，它主要用于绳索取心钻探。     

基于Lattice Boltzmann方法的瓦斯渗流模拟研究

为了更好地处理瓦斯渗流中的吸附-解吸问题和复杂边界条件,Lattice Boltzmann方法(LBM)被引入到瓦斯渗流模拟研究中。给出了考虑Klinkenberg效应和吸附-解吸特性的LBM瓦斯渗流方程和建模方法,得到了2种因素对渗流的影响,模拟研究获得了煤体中瓦斯压力在时间上的演化和空间上的分布规律、不同裂隙分布对瓦斯流动的影响,对比分析了抽放压力及抽放孔布置对瓦斯抽放效果的影响等,并初步探索了煤体细观结构图像处理与LBM相结合的瓦斯渗流模拟研究新思路。     

基于Lattice Boltzmann方法对瓦斯压力分布规律的模拟研究

基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)建立了裂隙煤体内瓦斯压力分布的二维动力学模型,并对瓦斯压力在空间上的分布和时间上的演化规律进行了模拟研究。结果表明,瓦斯压力分布与煤壁暴露的时间和所处的空间位置有关:煤壁的暴露时间越长,煤壁处的瓦斯压力梯度越小,流场内瓦斯压力的变化范围越大;在空间上瓦斯压力呈二次曲线分布,这与已有的理论分析和实测的结果相吻合,表明LBM方法可为研究瓦斯在煤层中的运移规律提供新的计算方法。     

基于LBM-CA方法的煤矿输送带喷雾降尘仿真

为研究煤矿输送带喷雾降尘的动态过程,基于Lattice-Boltzmann(LBM)方法,探讨了喷雾降尘过程的粉尘堆积形貌、流场及捕集率。首先使用LBM仿真并验证了液滴绕流,接着注入粉尘颗粒,计算粉尘的运动轨迹及其在液滴表面的沉积。结果表明:颗粒物堆积形貌在一定条件下呈枝簇结构,且枝簇结构朝与来流相反的方向生长;大粒径粉尘在液滴表面的沉积对流体流动有显著影响;速度小或半径小的粉尘,其受布朗力影响明显,可能在液滴背风面上沉积;粒径大的颗粒容易在液滴迎风面上沉积。     

油页岩地层绳索取心钻探冲洗液技术探讨

分析了绳索取心钻探的特点,并对PAM-KHm冲洗液、LBM泥浆进行了试验和施工探讨,给出了2种冲洗液的配方、试验性能指标、流变性能参数,并分析了其影响因素。     

基于LBM方法的瓦斯顺层抽放数值模拟分析

根据格子玻尔兹曼(LBM)计算技术以及相应渗流理论,对顺层抽放条件下,裂隙煤体内瓦斯流动这一渗流问题进行了数值模拟研究,并对瓦斯压力在空间上的分布规律进行了深入的研究。以流场内瓦斯压力分布及瓦斯平均压力作为评价抽放效率的依据。结果表明,瓦斯压力分布、抽放效率与抽放孔长度、抽放孔间距、抽放负压、抽放时间步长有关。而且,抽放孔长度、抽放孔间距对瓦斯压力的分布影响较大,这与已有的理论分析和实测的结果相吻合。在预抽工作面进行了工业试验,通过改变抽放负压,检验了实际的抽放效果。研究结果表明LBM方法可为抽放条件下瓦斯在煤层中的运移规律提供新的研究途径,对瓦斯抽放有较大的指导意义。     

绳索取心钻杆内壁结垢机理与防治

分析了绳索取心钻杆内壁结垢现象、机理以及导致的后果,提出控制结垢的钻进工艺规程措施,并推荐一种多年来行之有效的单一配浆材料--低粘增效粉(LBM系列),以实例介绍了其防垢机理、产品性能、配制方法和现场效果.     

破碎地层孔壁稳定技术的探讨与实践

在破碎地层钻探施工中,提高破碎带地层破碎岩块之间的胶结力、快速封堵地层裂缝形成完整孔壁及适当的冲洗液密度是破碎地层孔壁稳定的关键。防塌型随钻堵漏剂、改性沥青的加入能有效封堵地层裂缝,提高孔壁承压能力。LBM冲洗液体系和接枝淀粉冲洗液体系具有良好的造壁性能和流变性能,在破碎地层施工中取得良好的使用效果。     

复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术探讨与实践

深部找矿勘探给钻探技术提出了更高的要求。钻孔越深,施工周期越长,孔内往往越复杂,施工难度越大。在复杂地层进行深孔钻探更是如此,护壁技术显得尤为重要。结合近年来进行深孔钻探所遇到的问题,对复杂地层深孔钻进泥浆护壁技术进行了较深入的探讨,并在生产实践中对PHP泥浆和新型LBM泥浆进行了试验应用,取得了较好的效果,对深孔钻探施工具有一定的借鉴意义。     

注入非烃气体提高煤层气采收率的数值模拟

应用四参数生长方法(QSGS)重构煤岩三维结构,并基于Fick定律、多分子Langmuir等温吸附方程及LBM数值方法,分别模拟注入CO_2、N_2、烟道气开采煤层气的吸附/解吸、扩散过程,比较不同气体的作用机理和差异,分析得出注入烟道气效果更好,且混合气体中N_2比例越大,开采时间越短。     

各向同性多孔介质渗透率计算的LBM方法

提出一种计算多孔介质渗透率的新方法,首先利用四参数随机生成法生成所需的多孔介质。基于MATLAB这一强大工具,编制了模拟多孔介质渗透率的格子玻尔兹曼(LBM)程序,计算出渗透率。提出一个新的参数-T(多孔介质单位面积的周长),将计算结果与著名的Kozeny-Carman关系式对比,表明本方法得到的渗透率与Kozeny-Carman关系式所得到的渗透率基本吻合。     

多个固体颗粒对于轴承润滑影响的研究

基于格子-波兹曼方法(LBM)的理论方法,建立了含有固体颗粒的轴承润滑问题的离散模型,并进行了分析计算,分别得到了单个颗粒及多个颗粒对于油膜压力及流速的影响,通过对比发现,对于单个固体颗粒,在颗粒上游区域油膜压力有所增大,而在其下游区域油膜压力减小。当颗粒之间间距一定时,颗粒个数越多对于油膜压力的影响也越大,即润滑油中含有的固体颗粒浓度越大,则其对于润滑的影响也越大。     

山东莱州吴一村ZK01科学钻孔钻探施工技术

本文介绍了山东莱州吴一村地区科学钻孔ZK01孔的施工概况及所采用的关键技术。ZK01孔终孔孔深3266.06m,终孔孔径98mm,采用了HXY-9型钻机等设备施工。针对施工中出现的超深孔施工、复杂地层施工及钻探机具配套困难等施工难点,详细阐述了国产HXY-9型钻机在施工中的不足,深孔钻杆柱的组合配套使用,复杂地层中LBM为主体的双聚泥浆体系的应用以及特制JS150/122绳索取心钻具的应用等关键技术。     

基于LBM方法的裂隙煤体内瓦斯抽放的模拟分析

基于格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)建立了可模拟裂隙煤体内瓦斯抽放的二维动力学模型,对流场压力和流动速度的分布规律进行了模拟.模拟结果表明：抽放压力、钻孔位置对抽放效果有很大影响,抽放压力增大,瓦斯流动速度加快,瓦斯抽放率提高;但是当抽放压力达到某一值时,抽放率反而下降,这说明抽放压力存在一最佳值;改变钻孔的位置,在流场上、下侧偏心开孔时,抽放率低于在流场中心开孔,且流场中出现了涡流,流体在涡流处有较大的压力梯度.     

多相随机自相似多孔介质表征及其孔-渗关系数值分析

自然多孔介质的微观结构决定了其储集性能和输运属性,精确描述多孔介质微观结构是实现资源发掘及储层产能定量评估的重要前提。本文首先基于分形拓扑理论和四参数随机生长方法四参数随机生长算法构建随机多相自相似多孔介质模型,并采用格子Boltzmann方法(LBM)对孔隙中气体单相流的运移过程开展数值模拟研究,分析了P和F对煤岩介质孔渗关系的影响作用。结果表明多孔介质的孔隙度与渗透率之间满足指数关系,且随着P、F的变化而改变;P和F的变化对渗透率影响显著。     

含裂隙煤体瓦斯渗流规律的LBM数值模拟

通过模拟外力驱动渗流以及部分填充多孔介质的剪切渗流,验证了广义LBM模型可以对含有裂隙的煤体内瓦斯渗流规律进行模拟研究;裂隙内的流速明显高于在煤基质内的流速,定量研究了渗流速度和流量随着裂隙宽度增加的变化规律;而在裂隙宽度相等的条件下,煤体渗透率越低则流速和流量的提高越显著;与顺流向的裂隙相比,垂直流向裂隙的存在对提高渗流速度及流量的影响相对较为有限。模拟结果表明：裂隙的存在,尤其是在渗透性较差的煤层中,对提高瓦斯抽放的效果更为明显;而对于不同方向的裂隙,则应该重点关注与瓦斯流动方向相同或大体相同的裂隙分布。     

基于LBM方法的井间干扰对煤层气排采的影响机理分析

为了探明煤层气排采井间的相互干扰机制对合理布设井网、提高煤层气采收率的影响,采用LBM数值模拟方法再现了煤层气从割理空间至排采井口的运移过程,并系统分析了不同排采参数及井间干扰对产气量的影响机理。结果表明,井间干扰导致井筒间产气量差异随井间距的变化表现出波动起伏特征;若考虑单井产气量,井间干扰对产气量具有分段效应,当井间距Ds小于382.5 lu(lu为模拟格子长度单位)时为抑制作用,反之为促进作用;过小的井间距不利于煤层气排采,井间距超过临界阈值382.5 lu时,可加快煤层气的采收速率;井口平均流速v同压力差△p满足幂率关系v≈3.2△p^0.94。     

地应力作用下水力裂缝中支撑剂导流能力的数值模拟研究

目前,对水力裂缝内支撑剂的运移及其导流能力的研究主要通过实验进行,而完全基于数值模拟的研究不多。基于颗粒离散元对水力裂缝中支撑剂数值模拟的结果,通过数字重构方法,得到了水力裂缝内支撑剂堆积结构的数字模型;在重构的数字模型基础上,采用格子玻尔兹曼方法(LBM),模拟了单相流体在支撑剂孔隙结构内的流动过程,进而得到了不同地应力水平下不同支撑剂的绝对渗透率,且数值计算结果与Kozeny-Carman经验公式吻合。研究结果发现,地应力作用下,裂缝张开度减少,支撑剂颗粒更加密实,可能出现支撑剂嵌入到岩石中的现象;随着地应力的增加,裂缝内支撑剂堆积体的孔隙度减少,比表面积增大,渗透率减少;相同地应力作用下,支撑剂粒径越大,其孔隙度越低,比表面积越小,越易出现支撑剂嵌入现象,渗透率减少越大,但其值一般总大于小粒径支撑剂的渗透率。     

低固相泥浆体系在煤田绳索取芯钻探工艺的应用

煤田钻探离不开泥浆,泥浆是煤田钻探生命保证,然,时至今日,煤田钻探仍采用传统普通钻探技术,优质高效的绳索取芯钻探工艺应用受阻于20世纪七八十年代推广失败,究因于钻杆内壁结垢内具打捞困难、孔壁坍塌严重等问题。我们认为,通过分析研究历史失败因素、煤田地层软弱之钻探泥浆特性、现有绳索取芯工艺特点,突破思维空间,另辟新径,研究解决制约绳索取芯钻进技术应用因素,如钻杆内壁结垢、深孔泥浆循环高泵压、高流速冲刷破坏孔壁稳定和绳索钻具结构等缺陷问题,从各种制约因素入手,全方位多角度采取措施,解决实际存在的矛盾,实现煤田钻探应用绳索取芯钻进工艺之目的。研究改良泥浆流变特性,使之良好适应绳索取芯钻进工艺要求是重要技术措施之一。主要介绍了煤田绳索取芯的难点、技术措施和LBM低固相泥浆体系在钻探施工的应用。     

小秦岭整装勘查区综合普查钻探技术

小秦岭国家级整装勘查区综合物探科研钻探专项,旨在查清小秦岭地区深部地质结构及隐伏矿体的储存特征,因勘查区内没有施工过深孔,深部地质资料缺乏,施工未知因素较多,综合该钻探专项基本情况、地层岩性、钻孔深度及终孔直径,选择一套实用的钻探设备和以绳索取心钻进、LBM冲洗液体系为主要钻进工艺来满足施工需要;在施工过程中,遇到上部地层取心率低、涌水、吸附卡钻、掉块卡钻、孔内漏失、片麻岩地层防斜、起拔套管困难等技术问题,针对出现的技术问题,制定了切实可行的解决方案,对今后该矿区或类似地层钻探施工具有一定的借鉴意义。同时总结、形成了一套针对破碎、胶结性差地层的泥浆体系,在维护孔壁方面取得了良好的效果,有效预防深孔重大孔内事故,提高了施工效率,节约了钻探施工成本。