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枯竭页岩气储层CO_(2)地质封存机理及潜力评估方法
1
作者 成其 汤积仁 +4 位作者 卢义玉 陆朝晖 贾云中 周军平 张弛 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1695-1704,共10页
页岩气在我国已实现大规模商业化开发,未来大量资源枯竭的页岩气水平井可提供巨大的CO_(2)封存容量。但页岩气储层的地质特征与深部咸水层、油气藏等常规封存地质体有显著区别,目前CO_(2)在页岩地层中的圈闭机理、封存机制及封存潜力评... 页岩气在我国已实现大规模商业化开发,未来大量资源枯竭的页岩气水平井可提供巨大的CO_(2)封存容量。但页岩气储层的地质特征与深部咸水层、油气藏等常规封存地质体有显著区别,目前CO_(2)在页岩地层中的圈闭机理、封存机制及封存潜力评估方法有待进一步研究。以页岩气储层的地质特征为基础,分析了CO_(2)在页岩气储层中的圈闭机理及封存机制。CO_(2)地质封存可以视作页岩气生产的逆过程,主要的封存空间为产出页岩气所占据的原始孔裂隙空间。基于改造储层体积(SRV)作为CO_(2)封存空间的前提,结合有效容积法和“游离-吸附-溶解”多重封存机制,以盖层安全性为约束条件,建立了页岩气储层CO_(2)封存潜力评估模型;基于我国页岩气开发的现状,初步评估了我国未来枯竭页岩气储层CO_(2)封存潜力。结果表明:在垂直方向上,毛细管力封闭是页岩盖层对CO_(2)的主要封闭机理;在水平方向上,SRV被未经改造的致密页岩包围,可形成对CO_(2)侧向运移的有效屏障。基于以上机理研究,结合我国页岩气勘探开发的一般经验,计算得到页岩气水平井单井控制SRV内的最大CO_(2)封存潜力可达71.2万t,其中游离封存机制的占比为41.82%,吸附封存机制的占比为56.79%,溶解封存机制的占比为1.39%。初步评估我国现有页岩气井的CO_(2)封存潜力为15.02亿t,未来新增页岩气井的封存潜力为121.04亿t。 展开更多
关键词 CO_(2)地质封存 页岩气储层 圈闭机理 封存机制 封存潜力
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南川常压海相页岩气注CO_(2)吞吐提高采收率工程实践 被引量：6
2
作者 姚红生 房大志 +5 位作者 卢义玉 王白雪 陆朝晖 谷红陶 闫卓林 苗诗谱 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期83-92,共10页
当前研究实验和模拟论证了注CO_(2)吞吐提高页岩气采收率的理论可行性,然而其实际工程效果尚未得到现场试验的验证。为此,基于四川盆地南川常压海相页岩气藏地质赋存及生产特征,开展了页岩等温吸附和CO_(2)—CH_(4)竞争吸附机理研究,实... 当前研究实验和模拟论证了注CO_(2)吞吐提高页岩气采收率的理论可行性,然而其实际工程效果尚未得到现场试验的验证。为此,基于四川盆地南川常压海相页岩气藏地质赋存及生产特征,开展了页岩等温吸附和CO_(2)—CH_(4)竞争吸附机理研究,实施了国内首次常压海相页岩气衰减井CO_(2)吞吐现场试验,并提出了构建成套技术体系的攻关方向。研究结果表明:①气井生产到后期进入低压低产阶段,表现出地层能量不足的特征,是提高气井采出程度的重要阶段;②常压页岩的CH_(4)和CO_(2)吸附能力明显高于低压或高压页岩,采用CO_(2)提采更具可行性和必要性;③相同条件下的常压、高压和低压3组页岩样品均表现出对CO_(2)的吸附量大于对CH_(4)的吸附量,且对气体的吸附能力依次为南川(常压海相)页岩>长宁(高压海相)页岩>延长(低压陆相)页岩;④试验井注CO_(2)吞吐增产效果明显,页岩气单井预测最终可采储量(EUR)从0.75×10^(8) m^(3)上升到0.90×10^(8) m^(3),单井控制储量5.186×10^(8) m^(3),预计采收率提高了2.9%。结论认为:①实施的国内首次常压海相页岩气衰减井注CO_(2)吞吐试验取得突破性进展,为我国页岩气井提高采收率技术研发与应用提供了重要借鉴与参考;②亟需开展页岩气衰减井CO_(2)提采资源潜力与时机评估、提采效果定量评价与工艺优化等研究,并形成页岩气衰减井注CO_(2)吞吐提高采收率成套关键技术及标准体系。 展开更多
关键词 四川盆地 南川常压海相页岩气 衰减井 生产特征 注CO_(2)吞吐 提高采收率 驱替置换 碳封存
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硅油控制自旋射流钻头转速下的黏性力矩特性
3
作者 葛兆龙 张娣 +2 位作者 卢义玉 周哲 崔予怀 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4542-4552,共11页
利用转速可控自旋射流钻头破煤钻孔,可提高水力喷射树状钻孔技术的煤层气开发效率。在钻头有界环空内填充硅油产生的黏性力矩可有效控制钻头转速,但黏性力矩特性仍不明晰。量化分析了不同黏度硅油流变特性;基于自主搭建的流体有界环空... 利用转速可控自旋射流钻头破煤钻孔,可提高水力喷射树状钻孔技术的煤层气开发效率。在钻头有界环空内填充硅油产生的黏性力矩可有效控制钻头转速,但黏性力矩特性仍不明晰。量化分析了不同黏度硅油流变特性;基于自主搭建的流体有界环空受迫流动动力学测试装置,获得了不同转速和有界环空内径下硅油的黏性力矩;阐明了硅油在有界环空内的流动状态,推导了黏性力矩模型并进行了适用性讨论。结果表明:硅油依黏度不同可近似为牛顿流体(黏度≤5 Pa·s)和以Cross流变模型描述的剪切稀化流体。牛顿型硅油在有界环空内受迫流动时表观黏度基本不变,因此其黏性力矩随自身黏度和转速线性增加,随内径增加增速加快,这有利于多压力梯度下的转速控制。Cross型硅油的剪切应力随剪切速率呈现为增加、减小、再增加趋势,导致其黏性力矩存在由转速和内径协同控制的峰值,且硅油黏度越大,黏性力矩取得峰值时的转速和内径组合越多;为避免Cross型硅油控速时因黏性力矩减小而发生钻头转速失控,需根据转速控制范围合理选择硅油黏度和有界环空内径。在84%的测试转速和内径组合下,Cross型硅油黏性力矩大于相同条件下的牛顿型硅油,表明前者更适合高压力下的转速控制,后者更适合低压力。本次实验条件下,硅油在有界环空内的受迫流动为层流,推导的牛顿型和Cross型黏性力矩模型分别在内径不超过14.5 mm和等于14.5 mm下具有较高的可靠性,最大误差为14.3%。 展开更多
关键词 煤层气 自旋射流钻头 转速控制 流变特性 牛顿流体 剪切稀化流体
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增压式脉冲水射流瞬时压力特性试验研究 被引量：2
4
作者 张洋凯 卢义玉 +1 位作者 汤积仁 凌远非 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期219-225,共7页
射流压力特性决定其冲击能力,针对增压式脉冲水射流瞬时压力特性尚不明确这一问题,利用自行研制的增压式脉冲水射流压力采集系统开展试验,探究进水压力、进油压力及喷嘴直径等参数对增压腔压力特性的影响规律。试验结果表明:随着进水压... 射流压力特性决定其冲击能力,针对增压式脉冲水射流瞬时压力特性尚不明确这一问题,利用自行研制的增压式脉冲水射流压力采集系统开展试验,探究进水压力、进油压力及喷嘴直径等参数对增压腔压力特性的影响规律。试验结果表明:随着进水压力的提升,峰值压力不变,谷值压力同步提升,频率增大,增压比不变;随着进油压力的提升,峰值压力逐步增大,谷值压力不变,频率增大,增压比不变;随着喷嘴直径的增大,峰值压力逐步降低,谷值压力不变,频率增大,增压比逐步降低。同时,单周期瞬时压力中包含有两次主级脉动与一段次级脉动,通过调制进水压力可获取具有间断性与连续性的脉动压力特征。 展开更多
关键词 增压式脉冲水射流 压力特性 增压比 主级脉动 次级脉动
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超临界CO_(2)强化页岩气开采及地质封存一体化研究进展与展望 被引量：42
5
作者 卢义玉 周军平 +6 位作者 鲜学福 汤积仁 周雷 姜永东 夏彬伟 王香增 康勇 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期60-73,共14页
为了解决我国页岩气开发过程中使用水基压裂液造成的耗水量大和储层伤害等问题,提出了超临界CO_(2)强化页岩气高效开发及地质封存一体化(CO_(2)-ESGR)的技术思路;从超临界CO_(2)压裂、CO_(2)与CH4竞争吸附及CO_(2)-水-页岩的相互作用着... 为了解决我国页岩气开发过程中使用水基压裂液造成的耗水量大和储层伤害等问题,提出了超临界CO_(2)强化页岩气高效开发及地质封存一体化(CO_(2)-ESGR)的技术思路;从超临界CO_(2)压裂、CO_(2)与CH4竞争吸附及CO_(2)-水-页岩的相互作用着手,研究了超临界CO_(2)压裂裂缝扩展规律、CO_(2)驱替CH4热力学与动力学原理,以及CO_(2)提高页岩气采收率和CO_(2)地质封存的机理;然后,对CO_(2)-ESGR技术全生命周期碳排放进行了分析,进而对CO_(2)-ESGR技术做出了展望。研究结果表明:①超临界CO_(2)压裂在页岩气储层中起裂压力更低,能够形成更复杂的裂缝网络;②CO_(2)在页岩中的吸附能力和吸附有序性远高于CH4,可以有效置换出CH4,进而提高页岩气的采收率;③页岩储层具备规模化封存CO_(2)的巨大潜力,封存机理主要包括吸附和矿化反应封存,选择合适的储层,CO_(2)封存量可以抵消页岩气开发与利用全生命周期的CO_(2)排放量,从而实现页岩气开发与利用全过程CO_(2)零排放甚至负排放;④今后,需研发绿色环保的CO_(2)增稠剂或者CO_(2)物理增黏技术,以提高CO_(2)携砂能力,进一步揭示CO_(2)在页岩储层中的物理、化学封存机制,同时推进CO_(2)-ESGR技术在煤层气、地热等其他非常规能源高效开发及CO_(2)封存领域的应用。结论认为,CO_(2)-ESGR技术为我国非常规油气、地热资源绿色高效开发开辟了一条新途径,该技术能够助力我国2030年碳达峰和2060年碳中和战略目标的实现。 展开更多
关键词 页岩气 超临界CO_(2)压裂 CO_(2)地质封存 竞争吸附 CO_(2)提高页岩气采收率 碳达峰 碳中和
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地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气探讨 被引量：46
6
作者 卢义玉 李瑞 +2 位作者 鲜学福 葛兆龙 夏彬伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期876-884,共9页
为了提高深部煤层气储层压降效果,针对深部煤层储层压力大,地应力高,渗透率低等特点,基于切割卸压提高储层渗透率原理,综合矿井下瓦斯抽采实践及地面开发非常规天然气技术方式,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气的... 为了提高深部煤层气储层压降效果,针对深部煤层储层压力大,地应力高,渗透率低等特点,基于切割卸压提高储层渗透率原理,综合矿井下瓦斯抽采实践及地面开发非常规天然气技术方式,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气的方法。地面定向井+水力割缝卸压方法主要包括地面定向钻井和分段水力割缝2个过程。该方法增渗增产原理为:定向井眼和水力缝槽沟通天然裂缝系统,高压水力切割过程中诱导煤层产生裂隙,增加导流通道数量与连通性;水力切割产生的多组缝槽形成卸压空间,利用地应力变化增加裂隙张开度,促进储层压力释放。相比常规水力压裂而言,该方法更有利于形成网格化流体运移通道,扩大煤层卸压范围和卸压程度,强化煤层气解吸扩散。而且,能够避免水力压裂过程中地应力向煤层深部传递以及压裂液注入造成的储层伤害,因而适用深部煤层气储层复杂地质条件下的增产改造。鉴于地面工况条件与矿井下工况条件的差异,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法开发深部煤层气需要解决的关键技术问题,包括水力缝槽参数控制,固相颗粒的返排,定向井完井与水力割缝匹配性,以及高压流体传输动力损失。地面定向井+水力割缝卸压方法在非常规天然气开发以及深部煤炭强矿压与瓦斯灾害防治等方面具有应用前景。 展开更多
关键词 深部煤层气 定向井 水力割缝 切割卸压 地应力
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煤层钻孔孔口除尘装置的设计与实验研究 被引量：31
7
作者 卢义玉 王洁 +2 位作者 蒋林艳 康勇 夏彬伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1725-1730,共6页
针对煤矿瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生大量粉尘的问题,提出利用射流泵技术除尘的新思路,即运用有压水流从喷嘴以一定速度喷出引起负压场卷吸煤尘进入除尘器,并与水流混合后排出,进而达到除尘效果。为使除尘效果最优,研究了孔口除尘... 针对煤矿瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生大量粉尘的问题,提出利用射流泵技术除尘的新思路,即运用有压水流从喷嘴以一定速度喷出引起负压场卷吸煤尘进入除尘器,并与水流混合后排出,进而达到除尘效果。为使除尘效果最优,研究了孔口除尘器的结构组成和工作原理,并设计了水射流除尘器的结构和尺寸;运用均匀设计法对影响水射流除尘器吸气量的相关参数进行研究,实验优化了水射流除尘器的运行参数和结构参数。通过模拟煤矿瓦斯抽放钻孔施工现场打钻情况对孔口除尘装置的除尘效率进行实验,结果表明,孔口除尘装置除尘效率达到95%以上,能够显著降低煤矿干式钻孔过程中产生的粉尘污染。 展开更多
关键词 干式钻孔 孔口除尘装置 均匀设计 参数优化
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水射流辅助PDC刀具切割岩石的力学分析 被引量：27
8
作者 卢义玉 陆朝晖 +2 位作者 李晓红 康勇 赵瑜 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期3037-3040,3046,共5页
通过对水射流辅助PDC刀具切割破碎岩石的力学分析,定量地确定出水射流对机械刀具受力的作用。试验研究表明,水射流辅助刀具切割岩石时刀具受力随切割深度的增加而线性增加;水射流布置在刀具底部后方,并偏离刀具铅垂中性面适当位置辅助... 通过对水射流辅助PDC刀具切割破碎岩石的力学分析,定量地确定出水射流对机械刀具受力的作用。试验研究表明,水射流辅助刀具切割岩石时刀具受力随切割深度的增加而线性增加;水射流布置在刀具底部后方,并偏离刀具铅垂中性面适当位置辅助刀具破岩时,刀具受力可减少30%～50%,并且刀具力的减少率几乎不受切割深度变化的影响。 展开更多
关键词 水射流 PDC刀具 岩石切割 力学分析
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缩放型喷嘴产生的空化射流流场数值模拟 被引量：23
9
作者 卢义玉 王晓川 +1 位作者 康勇 陈宇龙 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期57-60,共4页
应用Standardk-ε,RNGk-ε和Standardk-ω湍流模型对缩放型喷嘴内部湍流流场进行数值模拟,结合理论及质量流量测试试验对数值模拟结果进行对比验证。结果表明:RNGk-ε湍流模型最适合用于数值模拟缩放型喷嘴内部的湍流流场;RNGk-ε湍流... 应用Standardk-ε,RNGk-ε和Standardk-ω湍流模型对缩放型喷嘴内部湍流流场进行数值模拟,结合理论及质量流量测试试验对数值模拟结果进行对比验证。结果表明:RNGk-ε湍流模型最适合用于数值模拟缩放型喷嘴内部的湍流流场;RNGk-ε湍流模型数值模拟结果显示缩放型喷嘴收缩角使喷嘴喉管部产生了低压场,压差的产生使水射流的空化效果得到了提高。 展开更多
关键词 空化水射流 缩放型喷嘴 流场 数值模拟 流动特性
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清洁压裂液与水对煤层渗透率影响对比试验研究 被引量：24
10
作者 卢义玉 杨枫 +2 位作者 葛兆龙 周哲 林晓东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期93-97,共5页
针对煤矿井下采用不同压裂液增加煤层透气性的工程问题,开展了多组有效应力作用下烘干、含水与含清洁压裂液3种煤样的渗透率对比试验,并利用多孔介质和流体力学理论分析了压裂液影响煤层渗透率的机理。研究结果表明:饱和清洁压裂液煤样... 针对煤矿井下采用不同压裂液增加煤层透气性的工程问题,开展了多组有效应力作用下烘干、含水与含清洁压裂液3种煤样的渗透率对比试验,并利用多孔介质和流体力学理论分析了压裂液影响煤层渗透率的机理。研究结果表明:饱和清洁压裂液煤样渗透率比饱和水煤样渗透率平均高出177.83%,随着有效应力增加,煤样渗透率均呈指数关系降低;压裂液对煤层渗透率的影响受表面张力影响,表面张力大,液体会在煤体内占据更多瓦斯运移通道,从而降低煤层透气性,与清水相比,清洁压裂液有效降低了煤体内部孔隙表面液体张力,增大了瓦斯运移通道,提高了煤层渗透率,有利于煤层气的抽采。 展开更多
关键词 清洁压裂液 煤层渗透率 表面张力 瓦斯
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石门揭煤钻孔布置优化分析及应用 被引量：33
11
作者 卢义玉 刘勇 +1 位作者 夏彬伟 张赛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期283-287,共5页
为优化突出煤层石门揭煤钻孔布置,在理论分析射流割缝影响半径的基础上,提出基于高压脉冲水射流割缝技术的钻孔布置的新工艺。在理论分析圆形紊动射流结构的基础上,研究了射流冲击破碎煤体时射流速度分布,基于动量守恒定律得出射流作用... 为优化突出煤层石门揭煤钻孔布置,在理论分析射流割缝影响半径的基础上,提出基于高压脉冲水射流割缝技术的钻孔布置的新工艺。在理论分析圆形紊动射流结构的基础上,研究了射流冲击破碎煤体时射流速度分布,基于动量守恒定律得出射流作用于煤体的应力分布。并选取重庆某煤矿K1煤层煤体制作原煤煤样进行孔隙率测试和单轴压缩实验,得出煤体的初始损伤和煤体力学参数,基于损伤力学对煤体发生损伤破坏的门槛值进行了计算,得出射流冲击煤体的最大深度和钻孔切缝后影响半径,并应用于重庆某煤矿+175N2号石门揭煤工程。应用结果:钻孔数量减少32个,减少钻尺718.4 m,钻进工程量减少35.7%。 展开更多
关键词 石门揭煤 钻孔 影响半径 高压脉冲水射流
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页岩超临界CO_2压裂起裂压力与裂缝形态试验研究 被引量：53
12
作者 卢义玉 廖引 +3 位作者 汤积仁 张欣玮 韩帅彬 凌远非 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期175-180,共6页
我国页岩气储层普遍黏土含量高,且多富集于缺水地区,超临界CO_2(SC-CO_2)因具有低黏度、低表面张力及对储层无伤害的特性,有望成为一种新型无水压裂方法。采用页岩露头与砂岩开展了真三轴SC-CO_2与水力压裂对比试验,结合工业CT扫描分析... 我国页岩气储层普遍黏土含量高,且多富集于缺水地区,超临界CO_2(SC-CO_2)因具有低黏度、低表面张力及对储层无伤害的特性,有望成为一种新型无水压裂方法。采用页岩露头与砂岩开展了真三轴SC-CO_2与水力压裂对比试验,结合工业CT扫描分析裂缝形态,并研究了温度对起裂压力的影响。结果表明:SC-CO_2压裂页岩时较水力压裂的起裂压力低约50.9%,压裂砂岩时起裂压力低约57.1%;相比水力压裂,SC-CO_2压裂升压过程中,由于CO_2的压缩性,增压速率较慢,由于页岩本身的层理特征,页岩SC-CO_2压裂有多次起裂的现象,更易形成复杂的裂缝;随着温度的升高,SC-CO_2压裂起裂压力呈下降趋势;CT断面扫描显示超临界CO_2压裂页岩时更容易形成多条网络化裂缝,达到类似体积压裂的效果。 展开更多
关键词 页岩 超临界CO2 起裂压力 压裂 裂缝形态
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我国煤矿水射流卸压增透技术进展与战略思考 被引量：38
13
作者 卢义玉 黄杉 +3 位作者 葛兆龙 周哲 刘文川 管娅蕊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3189-3211,共23页
煤炭是我国能源安全的“压舱石”,具有重要的兜底保障作用。随着我国煤炭开采逐步向深部进军,深部矿井所面临的构造复杂、瓦斯压力大、渗透率低等情况日趋严重,以煤与瓦斯突出为代表的灾害防治难度逐渐增大,严重制约着我国煤炭安全高效... 煤炭是我国能源安全的“压舱石”,具有重要的兜底保障作用。随着我国煤炭开采逐步向深部进军,深部矿井所面临的构造复杂、瓦斯压力大、渗透率低等情况日趋严重,以煤与瓦斯突出为代表的灾害防治难度逐渐增大,严重制约着我国煤炭安全高效开采。大范围提高煤层透气性是消除突出危险性并提高煤层气抽采效率的关键。传统煤层增透技术如密集钻孔等单孔增透范围偏小、抽采效率较低;常规压裂技术受制于地应力作用常存在水力裂缝形态单一、易损伤顶底板等不足,且裂缝两侧增透“空白带”内遗留瓦斯在后续开采过程中易诱发灾害。近几十年来,以提高煤层透气性、瓦斯抽采效率,减少煤与瓦斯突出风险为导向,诸多水射流技术因其效果显著、清洁等特点,逐渐成为了煤储层卸压增透、强化瓦斯抽采的主要方法。梳理了我国水射流技术增透煤层强化瓦斯开发的研究历程及最新进展,系统性归纳了水力冲孔、水射流割缝卸压、割缝导向压裂、树状钻孔均衡增透强化瓦斯开发理论及技术研究现状。我国对能源安全战略布局不断深化,然而面对深部煤层瓦斯动力灾害的复杂性、特殊性和突变性,目前煤矿水射流卸压增透措施仍存在技术协同性不够等亟待攻克的难题。基于新形势下保障国家能源安全的极端重要性,针对性分析了水射流强化瓦斯开发技术在运用中所存在的不足与局限,提出了未来重点发展趋势及展望。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 水射流割缝 割缝复合压裂 树状钻孔均衡增透
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高压空化水射流破岩主要影响因素的研究 被引量：11
14
作者 卢义玉 葛兆龙 +2 位作者 李晓红 康勇 刘勇 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1-5,共5页
为了探讨高压空化水射流的空蚀能力与水力参数、岩石性质的相互关系及各参数影响破岩效果的内在机理,通过在不同泵压和围压条件下,针对不同孔隙率的岩石对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究。结果表明:空蚀效果(空蚀质量... 为了探讨高压空化水射流的空蚀能力与水力参数、岩石性质的相互关系及各参数影响破岩效果的内在机理,通过在不同泵压和围压条件下,针对不同孔隙率的岩石对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究。结果表明:空蚀效果(空蚀质量、空蚀深度)随泵压增加成二次函数关系增加,随围压增加成二次函数关系减少;空泡云长度随泵压的增加而增大,随围压的增大而减小,并能较好的拟合成三次曲线函数关系,空泡云长度直接决定有效靶距,从而影响空蚀效果;本实验条件下,泵压在7 MPa时发生空化现象,并能破碎单轴抗压强度为96MPa的砂岩;岩石的孔隙率对空化水射流的破岩能力影响较大,孔隙率越高的岩石越容易被空化水射流破碎。 展开更多
关键词 高压空化水射流 岩石破碎 围压 泵压
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空化水射流热效应影响煤体渗透率试验研究 被引量：8
15
作者 卢义玉 丁红 +2 位作者 葛兆龙 夏彬伟 程亮 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1247-1254,共8页
对空化水射流空泡溃灭瞬间和空化噪声声场作用产生的热效应进行了分析,得到了热效应作用下的煤体渗透率表达式,并开展了不同空化条件(泵压、空化腔围压)下的煤体温度和瓦斯渗流试验。结果表明:空化腔围压一定时,温度随泵压的增大而升高... 对空化水射流空泡溃灭瞬间和空化噪声声场作用产生的热效应进行了分析,得到了热效应作用下的煤体渗透率表达式,并开展了不同空化条件(泵压、空化腔围压)下的煤体温度和瓦斯渗流试验。结果表明:空化腔围压一定时,温度随泵压的增大而升高;而泵压一定时,温度随空化腔围压的增大而减小。当热应力大于平均有效应力时,煤体热膨胀出现微变形,产生的张应力使裂隙变宽、数量增多;热效应使得游离瓦斯内能增加,分子自由程大大缩短,同时吸附瓦斯解吸使得煤基质发生收缩效应,导致微孔隙及微裂隙结构产生膨胀变形,从而影响煤体渗透率。试验得到渗透率随温度升高呈指数规律增大,与理论得到的渗透率表达式描述的规律相符。 展开更多
关键词 空化水射流 割缝 热效应 空泡 渗透率
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空化水射流声震效应促进瓦斯解吸渗流测试装置的改进 被引量：7
16
作者 卢义玉 王景环 +4 位作者 黄飞 杜鹏 刘小川 章文峰 张欣玮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期1604-1610,共7页
为确保完善空化水射流声震促进含瓦斯煤层解吸试验效果,针对原研制的模拟试验台存在的不足,对实验空化腔及其配套的型煤试件成型装置进行改进和重新研制。利用环向和密封圈等全方位密封技术可使三轴压力室、空化腔在高围压下及5 MPa瓦... 为确保完善空化水射流声震促进含瓦斯煤层解吸试验效果,针对原研制的模拟试验台存在的不足,对实验空化腔及其配套的型煤试件成型装置进行改进和重新研制。利用环向和密封圈等全方位密封技术可使三轴压力室、空化腔在高围压下及5 MPa瓦斯压力下达到较长时间的良好密封效果;依靠空化腔内布置的文丘喷嘴及高压射流装置激发腔体产生空化效应促进含瓦斯煤层解吸;依托于空化腔水进出口压力传感器实时监测空化腔空化效应;凭借布置的温度和瓦斯压力传感器、引伸计及配套的试验控制软件连接,模拟空化声震效应含瓦斯煤样瓦斯解吸渗透特性及声震过程中的煤样全应力-应变过程演化规律,实时监测空化声震过程中空化腔内温度及其瓦斯渗渗流的变化规律。此外,在循环系统设计了气-液-固体分离器,解决三相排出问题,使三相分离成为可能,提高了试验可操作性。利用改进后的实验装置系统开展模拟实验表明,空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸渗流,瓦斯解吸量及解吸速度都有不同程度的提高;声震下空化腔内温度变化及含瓦斯煤试样变形规律验证了空化声震效应的热效应、机械震动效应与致裂损伤效应这一物理现象。 展开更多
关键词 瓦斯压力 空化声震 空化射流 解吸渗流 引伸计
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深部煤岩工程多功能物理模拟实验系统——煤与瓦斯突出模拟实验 被引量：20
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作者 卢义玉 彭子烨 +2 位作者 夏彬伟 喻鹏 欧昌楠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期272-283,共12页
深部煤岩工程多功能物理模拟实验系统可开展煤与瓦斯突出、水力化煤层增透、地下工程围岩变形破坏、超临界二氧化碳压裂等煤岩体工程问题的物理模型实验。从煤与瓦斯突出角度,基于地应力、瓦斯压力、煤体性质、地质构造及开采扰动等突... 深部煤岩工程多功能物理模拟实验系统可开展煤与瓦斯突出、水力化煤层增透、地下工程围岩变形破坏、超临界二氧化碳压裂等煤岩体工程问题的物理模型实验。从煤与瓦斯突出角度,基于地应力、瓦斯压力、煤体性质、地质构造及开采扰动等突出影响因素,分析对比总结了系统在煤与瓦斯突出实验方面的功能与特色。该系统由主体装置、模型成型及就位系统、液压伺服加载控制系统、抽气注气系统、模拟开挖系统和数据采集及监测系统6部分构成,具有以下特色:(1)主体装置采用"外圆内方"的钢筒式结构,有效增大了承载系统的刚度和承载能力,荷载不外传,避免了局部应力集中的产生;(2)装置内部可容纳模型尺寸大(2060 mm×1200 mm×1200 mm),能模拟地质构造,相似程度高,边界效应小;(3)模型腔内储气空间大,气源的连续供给能力强,还原真实条件下卸压带瓦斯向突出区域运移过程;(4)环向布置20根液压拉拔器密封,确保主体装置拉杆受力均匀,装置最大密封气压高达5 MPa;(5)采用432个小油缸加载,实现了三向独立均布或非均布加载,最大加载应力10 MPa,加载过程中气压和固压互不干扰;(6)自动控制模拟开挖,还原井下掘进扰动行为,保证煤与瓦斯突出前兆信息的获取。利用该实验系统成功开展了石门揭煤诱发煤与瓦斯突出模拟实验,监测了实验过程中温度、气体压力、煤岩体应力和声发射数据的实时变化情况,为研究煤与瓦斯突出发生机理、预测方法、控制技术等方面问题提供科学的实验数据。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 相似模拟 实验系统 石门揭煤
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空化水射流破碎岩石的机理研究 被引量：21
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作者 卢义玉 李晓红 向文英 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第8期1233-1237,共5页
在不同泵压和淹没压力条件下,针对不同类型的空化喷嘴,对空化水射流的空泡云特性和破碎岩石机理进行了一系列实验研究,探讨了空化水射流的空泡云与冲蚀能力之间的相互关系。优化空化喷嘴结构和工作条件以减小泵压,从而降低输入能量。空... 在不同泵压和淹没压力条件下,针对不同类型的空化喷嘴,对空化水射流的空泡云特性和破碎岩石机理进行了一系列实验研究,探讨了空化水射流的空泡云与冲蚀能力之间的相互关系。优化空化喷嘴结构和工作条件以减小泵压,从而降低输入能量。空泡云的可视化研究显示缩放形喷嘴产生的空化云的长度和宽度比收敛形喷嘴的大。研究表明,空化水射流切割破碎岩石主要是由空泡的溃灭引起的,空泡云的长度等于靶距与切割深度之和;在切割破碎岩石时冲蚀效果只在开始几秒内发生,冲蚀深度并不随时间而增大。 展开更多
关键词 空化水射流 空泡云 岩石破碎
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非均匀孔隙压力场导向水压裂纹扩展机制 被引量：5
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作者 卢义玉 贾云中 +1 位作者 汤积仁 宋晨鹏 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1028-1033,共6页
为揭示非均匀孔隙压力场对水压裂纹扩展的影响,采用多孔弹性力学、断裂力学、渗流力学和热弹性力学理论,建立了考虑孔隙压力的水压裂纹尖端应力强度因子计算模型,并采用室内实验和RFPA2DFlow数值模拟软件进一步分析了非均匀孔隙压力场... 为揭示非均匀孔隙压力场对水压裂纹扩展的影响,采用多孔弹性力学、断裂力学、渗流力学和热弹性力学理论,建立了考虑孔隙压力的水压裂纹尖端应力强度因子计算模型,并采用室内实验和RFPA2DFlow数值模拟软件进一步分析了非均匀孔隙压力场对水压裂缝扩展的导向机制.研究结果表明:孔隙压力场的存在可以增大水压裂纹尖端的应力强度因子,从而诱导水压裂缝沿高孔隙压力方向扩展;同时,水压裂纹尖端的应力强度因子会随着孔隙压力增大而增大,孔隙压力越大,裂纹的偏转幅度也会越大. 展开更多
关键词 非均匀孔隙压力场 水压裂纹 应力强度因子 裂纹导向 RFPA2D-Flow
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脉冲磨料射流中球泡溃灭特性研究及数值分析 被引量：2
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作者 卢义玉 李晓红 +1 位作者 康勇 焦斌权 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期199-202,共4页
从理论上研究了脉冲磨料射流中空化球泡的溃灭特性,建立了脉冲磨料射流中空化球泡的动力学方程,数值计算分析了磨料浓度、磨料粒径、射流振荡频率和幅值以及流场压力对脉冲磨料射流中空泡溃灭过程的影响规律。研究表明,脉冲磨料射流中... 从理论上研究了脉冲磨料射流中空化球泡的溃灭特性,建立了脉冲磨料射流中空化球泡的动力学方程,数值计算分析了磨料浓度、磨料粒径、射流振荡频率和幅值以及流场压力对脉冲磨料射流中空泡溃灭过程的影响规律。研究表明,脉冲磨料射流中磨料的存在将增大空泡溃灭历时,从而减弱射流的空蚀破坏能力,其中磨料的粒径、浓度和流场压力影响幅度较大。 展开更多
关键词 脉冲磨料射流 空化球泡 溃灭 数值模拟
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