基于流固耦合作用的砂岩地浸采铀效果数值模拟分析

为探究低渗砂岩铀矿在不同因素下的产量变化情况,根据储层有效应力与渗流特性的关系,建立有效应力-渗流数值模型。通过日产水量分析流固耦合作用下储层的产量变化规律,并结合变异系数法分析注入压力、初始渗透率和井间距对产量的影响。研究表明：考虑流固耦合作用下的储层产量会更快进入稳定状态,产量更高;应力敏感性系数越大,有效应力减小对地层渗透率影响越明显。注入压力越大,地层有效应力减小区域下降幅度增大,使地层渗透率增大区域升高幅度增大,导致产量逐渐增多;流固耦合作用下产量随着初始渗透率增大而增多且增长速度较快;流固耦合作用下,随着井间距的增大,注采井间有效应力减小的影响减弱,注采井间渗透率增大趋势也在下降,导致产量逐渐降低。结合各因素变异系数变化可得,注入压力对产量效果影响更明显。本研究有助于建立完整的砂岩铀矿地浸采铀生产方案。     

爆破作用对低渗砂岩铀矿增渗效果的影响

为探明不同因素对地浸效果的影响规律与机理，建立地浸采铀渗流模型，并用响应面法探究各因素对地浸效果影响的显著性。在此模型中，将具备高效流速的溶浸范围定为有效溶浸范围，通过有效溶浸范围和流量分析爆破范围、注采井压差和井距对地浸效果的影响。研究表明：利用爆破改善矿层渗透性可高效提升地浸效果；在较小爆破范围下增大抽注液井压差，地浸效果提升缓慢，在较大爆破范围中，提升效果较显著；随着井距的增大，有效溶浸范围呈先增后降趋势，流量则是呈逐渐降低趋势；抽注井压差对地浸具有良好的提升效果，流量随压差增大近似呈线性增长，有效溶浸范围根据不同井距具备不同的增长趋势。三种因素对流量的影响较为显著，爆破范围和井距比压差对地浸范围影响更显著，爆破范围和井距的相互作用相比于其他两种对流量的影响更为显著。     

液态CO2相变致裂器泄能头气孔压力研究

采用CO₂相变爆破代替传统炸药爆破作为输入能量,对低渗砂岩铀矿层进行“爆破增渗”物理改造,对于提高我国天然铀产量具有十分重要的意义。目前工业化生产的CO₂致裂器主要针对煤岩开采等领域设计,在爆破增渗工况中适应性不佳。为此,对传统致裂器泄能头进行多孔设计、平衡各泄气孔压力,为设计出针对爆破增渗领域的“各气孔压力大且均匀”的致裂器提供理论参考。以RNG k-ε湍流模型为理论基础,基于计算流体动力学（CFD）对致裂器泄能头部分进行了数值仿真试验,分析了泄能头内的气体流动规律及压力分布特征,探讨了位置关系和孔径特征两个因素对泄气孔压力变化的影响规律。结果表明：为保持气孔压力的稳定输出,对称式分布的泄气孔优于交错式分布的泄气孔布置;同时,泄气孔直径设置为由首部至端部递增的非均匀式,可有效降低各气孔之间的压差。上述分析进一步表明：非均匀对称式的泄能头类型更符合爆破增渗的需求。     

页岩比表面积与孔隙结构关系的分析

比表面积和孔隙结构是页岩的两个重要特性。比表面积对于岩石基质的吸附特型和膨胀性能具有重要的影响。现有的比表面积测量方法在测定页岩比表面积时,由于页岩含有大量微纳米孔隙,测得的页岩比表面积精度不高。研究基于比表面积与孔隙结构的关系,建立比表面积与孔隙结构之间的数学模型,并讨论了随孔隙在基质中的数量比例和体积比例两种参数下,页岩的比表面积与孔隙结构之间的关系。结果表明微孔对于页岩的比表面积具有重要贡献,且比表面积与小孔隙的体积占比之间为正相关关系,与小孔的数量占比之间则需要通过不同情况来进行判断。为页岩气的吸附特征研究和岩石的膨胀特性研究提供了一定的理论依据。     

注液速率对页岩水力压裂起裂的影响规律研究

为了研究近井筒区域内的裂缝起裂行为,采用单轴水力压裂设备开展水力压裂试验。采用不同的注液速率开展压裂试验,结果表明注液速率对近井筒范围内的裂缝起裂时间有显著影响,随注液速率增加,起裂时间减小。注液速率对裂缝起裂压力的影响可以忽略,裂缝起裂与注液总量具有较强的关联性。通过图像对比,分析了裂缝表面的粗糙程度,结果表明沿不同位置起裂的裂缝表面粗糙程度不同,沿层理面起裂的裂缝表面粗糙程度更大。     

爆破作用下低渗砂岩铀储层的岩石损伤范围研究

爆破增渗方法可有效提升地浸采铀效率，而爆破范围是影响增渗效果的关键参数。为了研究低渗砂岩铀矿中爆破损伤范围分布特征和裂纹扩展规律，基于LS-DYNA软件，采用RHT材料模型，分析了不耦合系数K和地应力对砂岩爆破损伤区范围和裂纹扩展的影响规律。结果表明：随着不耦合系数K的增大，岩石的粉碎区半径逐渐减小，缩减至同炮孔半径近似；裂隙区裂纹呈现先增大，后稳定的分布规律，在K=1.75取得了较好的爆破效果。随着地应力的增大，岩石的粉碎区形状和范围基本不发生变化，而裂隙区范围整体呈现先缩小后稳定的分布规律。本研究对低渗砂岩铀矿爆破增渗中爆破范围的确定具有理论指导意义。     

铀矿爆破增渗改造的爆生气体返排规律研究

为了分析爆破后裂隙内气体的返排规律，基于气液两相流规律，借助相场方法对两相流界面进行追踪，模拟了驱替压差、裂隙开度和接触角等对裂隙内气体返排过程中水气界面形态和位置的时空演化规律；通过响应面法，分析了各影响因素的显著性，最终建立了气体返排效果评价流程。研究表明，单因素分析裂隙内气体返排效率同驱替压差、裂隙开度成正比。通过多因素分析，以气体排出速率作为评价指标，建立了CO₂气体返排效果评价流程。该研究内容对低渗砂岩型铀矿的爆破增渗后气体返排工艺具有一定的理论参考和现场指导意义。