外展盘式控制角阀动水扭矩和动水力的应用研究

外展盘式控制角阀在高压差工况下运行时,常规的阀杆与连接块螺纹连接结构很容易出现相对转动,进而可能导致阀杆脱落,严重时甚至会引发装置安全事故。此外,高压差流体产生的动水力容易导致阀芯导向叶片磨损阀座密封面及阀座内孔,致使阀门产生动作卡涩现象,影响了阀门的控制精度。基于数值计算,分析阀芯导向叶片结构、安装角度对阀芯所受动水扭矩及动水力的影响,对工程应用中阀杆与连接块连接形式及阀芯导向叶片安装角度的选择有重要指导意义。

煤层脉动水力压裂中脉动参量作用特性的实验研究

为了研究脉动参量对脉动水力压裂致裂效果的影响,制作了力学特征接近真实煤体的型煤试样,利用脉动水力压裂实验系统分别从不同压裂方式、不同脉动频率和不同参量组合3个方面进行了实验,实验结果表明:对于相似型煤试样,脉动压裂在较小压力下使试样破坏,其原因在于使试样产生疲劳破坏;脉动压裂时试样内部变化可分成脉动水充满原始裂隙、裂隙发育和扩展、裂隙贯通3个时期;相同压力下,脉动频率越低裂隙发育越充分,脉动频率选择24 Hz时煤层增透效果和脉动压裂效率均能得到保证;实施脉动水力压裂时应适当控制脉动压力,为脉动水在煤体内部的反复作用提供时间保证。结合脉动参量组合特点,提出了"双频-双压"压裂工艺。

煤层脉动水力压裂卸压增透技术研究与应用

为了提高高瓦斯低透气性煤层瓦斯的抽采效率,提出了煤层脉动水力压裂卸压增透技术,进行了不同压力、频率条件下型煤试样的脉动水力压裂实验,分析了脉动水作用下煤体的疲劳损伤破坏特点及高压脉动水楔致裂机理。研究结果表明:煤体原生裂隙在强烈的脉动水压力作用下,会在缝隙末端产生交变应力,使煤体裂隙孔隙产生"压缩—膨胀—压缩"的反复作用,煤体将产生疲劳损伤破坏,煤体内部裂隙弱面扩展、延伸,形成相互交织的贯通裂隙网络。工业性试验结果表明脉动水力压裂比普通水力压裂卸压增透效果明显,钻孔瓦斯抽采浓度和流量均有较大幅度提高。

径向井复合脉动水力压裂煤层气储层解堵和增产室内实验

针对煤层气钻采过程中普遍存在的储层伤害解除不彻底的问题,提出了有助于解堵和增产的径向井复合脉动水力压裂技术思路:水力喷射多分支径向井,利用高导流径向孔眼进行适度的脉动水力压裂改造,从而在主井筒附近一定区域内最大限度地冲击、破碎煤层,形成高导流通道与裂缝网络相结合的大范围卸压增透区。为了验证其技术原理,设计并开展了径向井复合脉动水力压裂室内实验,采用声发射仪与脉冲伺服疲劳试验机等实验装置,围绕径向水平井复合压裂形成裂缝时的声发射响应特征与煤岩的破裂程度、宏观裂缝形态之间的关系开展了室内研究。结果表明:(1)实验条件下,径向水平井复合脉动水力压裂达到常规压裂峰值压力的1/3~1/4下即可起裂,声发射事件数是常规压裂的1.38~7.07倍;(2)径向水平井复合脉动水力压裂中获得强烈的声发射信号响应,产生宏观破裂的峰值压力较低,相同条件下更易获得较大范围的缝网;(3)径向井分支数、井眼长度、动载频率及振幅等参数是影响径向水平井复合脉动水力压裂效果的重要因素。结论认为,径向水平井复合脉动水力压裂方法提供了一种煤层气解除储层堵塞和高效开发的新思路,可实现煤层气井的有效解堵和增产。

煤岩脉动水力压裂过程中声发射特征的试验研究

利用真三轴加载脉动水力压裂试验系统和PAC声发射仪,开展不同注液频率和不同压裂液黏度条件下煤岩脉动水力压裂过程的声发射(AE)试验研究,揭示煤岩脉动水力压裂过程中声发射参数、损伤演化规律及震级-频度关系参数b的动态特征。试验结果表明:煤岩在脉动水力压裂过程中,声发射行为演化过程可划分为平静期、提速期、加速期和稳定期4个阶段,其中提速期和加速期累积能量均值较平静期分别提高40.9和52.7倍;煤岩损伤演化过程可分为初始阶段、损伤发展阶段及损伤加速发展阶段,煤岩的声发射特征能较好地描述其损伤演化特性;脉动频率较低时煤样的AE活动水平和能量释放越强,裂隙发育程度越高;当压裂液黏度较高时,煤样的AE活动水平和能量释放越弱,裂隙发育程度较低;在煤岩脉动压裂整个过程中,当脉动频率或压裂液黏度较低时,煤岩AE振幅分布变化幅度较大,且其b更大,大尺度AE事件比例更低。

动水力简化计算方法对圆形桥墩地震反应的影响

基于不可压缩水体的假定条件,国内外研究者提出多种可供工程实用的动水力简化分析模型和计算方法,如刚性柱法、莫里森法和基频近似法等.为研究上述简化方法所得桥墩动力响应的差异,将基于不可压缩水体辐射理论得到的精确解作为标准,针对受水平地震动激励的水中弹性悬臂圆形桥墩进行地震响应的对比分析.选取对动水力有影响的水深和宽深比,通过输入3条中软土场地的地震动记录,总共设计144种不同尺寸的桥墩、水深以及地震作用工况,得到各工况下桥墩的顶部位移、底部剪力和弯矩响应.通过对顶部位移、底部剪力和弯矩响应峰值相对误差的范围、均值和变异系数的分析讨论,得到3种简化方法的计算精度,初步给出各方法的适用范围.

动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响

刚性柱法、莫里森法和基频近似法是可供工程应用的不可压缩无粘性水体地震动水力的简化计算方法。为研究上述方法的差异性,将基于不可压缩无粘性水体辐射理论推导的考虑结构变形的精确解作为标准,从频域传递函数的角度,对各简化方法进行比较分析。以水中悬臂圆柱墩为例,选取2个尺寸参数并设计了84种不同尺寸的桥墩,输入脉冲激励得到墩顶节点的位移传递函数、墩底节点的剪力和弯矩传递函数,提取各传递函数的前两阶共振峰幅值和共振频率,基于标准解结果求得3种简化方法的误差。通过分析误差的范围及变化趋势,发现刚性柱法所得共振峰幅值更精确,基频近似法所得共振周期更精确,莫里森法误差受参数的影响显著。此外,基频近似法所得共振峰幅值大多偏小,而莫里森法所得幅值和周期大多偏大。

地震下矩形空心桥墩内部动水力分析

针对地震下矩形空心桥墩内部的动水力,提出了一个近似半解析半数值方法。对于弹性桥墩结构,基于线性辐射波浪理论利用特征函数扩展法分别构造了桥墩内部二维流体的弹性振动速度势和刚性运动速度势,进而得到了相应的内部动水力,最后采用梁单元有限元方法求解耦联运动方程。与解析方法和纯数值方法相比,这一方法计算相对简单、有效。算例表明,该方法计算具有较高精度;并能为实际的工程计算节省大量的时间。

脉动水力压裂煤层微观结构变化及其工程实践

为了研究脉动水力压裂煤层微观结构变化,对取自杨柳矿、顾桥矿和丁集矿的煤样进行脉动水力压裂实验室实验,通过压汞实验和CO2气体吸附测试分析原煤样和水力压裂作用下煤样孔隙特征变化规律。结果表明:原煤大孔隙阶段的孔隙连通性明显优于中孔隙阶段;煤体孔隙度、孔隙总体积、总表面积和微孔比例随着煤阶的升高而增加,中孔比例随着煤阶的升高而减小,大孔比例则随着煤阶的增加呈'减少-增加'趋势。脉动水力压裂作用后,孔隙度明显增加,而水分对孔隙连通性影响较小。脉动水力压裂使煤样孔隙总表面积、微孔体积和微孔比例减小,总孔隙体积、中孔比例、大孔体积和大孔比例增大。

蝶阀动水力和动水力矩计算式的探讨

介绍了蝶阀的动水力和动水力矩从原型到计算式的转换过程,分析了不同版本的计算式之间出现数百倍差值的原因,建立了量纲一致的经修正的计算式,提出了由静水力直接推算最大动水力和最大动水力矩的简化计算方法。

煤层脉动水力压裂动静态响应数值模型及求解

煤层脉动水力压裂是一项大范围提高煤层渗透率的新技术,但针对脉动应力波在实际地层的传播、扰动规律研究较少。采用交错网格数高阶有限差分法,结合完全匹配层和准静态围压加载两种边界条件,建立了含围压无限大弹性地层脉动水力压裂动静态响应数值模型,并研究了不同加载方式、频率、振幅、围压条件下煤层最小主应力峰值分布规律。研究表明:由于应力波传播及干涉效应,相同围压、振幅条件下脉动压裂增透扰动区域远大于准静态压裂;煤层增透面积随震源频率和振幅的增加而增大,振幅需要克服由围压控制的启动压力才能产生增透区;增透面积与地层主应力成反相关且最小主应力起主导作用,其由3.5 MPa下降至2.0 MPa时,增透面积最高可提升600%。模型可模拟准静态和脉动加载下煤层的力学响应,其结果可为优化脉动水力压裂工艺参数提供指导。

脉动水力压裂过程中煤层应力扰动特征的数值模拟分析

煤层脉动水力压裂是在煤层常规水力压裂与脉动注水基础上提出的一项新技术,但目前针对脉动压裂过程中地应力扰动特点的研究尚不充分。基于连续介质力学,采用交错网格有限差分,建立了脉动载荷下地应力响应数值模型,研究了脉动压裂过程中地层扰动应力的分布、有效扰动范围及不同地层力学参数对应力扰动的影响,发现脉动水力压裂引起的应力扰动具有以下特征:波及范围广、区域性应力集中,可产生会聚效应;可引起切应力使煤层产生拉伸损伤,形成远大于准静态压裂的有效应力扰动区;可利用煤岩的强压缩性产生更大范围的应力扰动与损伤区,提升压裂效果。该成果可望为煤层脉动水力压裂增产机理研究提供参考和依据。

裂缝充填物对脉动水力压裂应力扰动效果的数值模拟

利用线性滑移模型、有限差分及交错网格技术研究脉动水力压裂过程中应力在含裂缝地层中的传播与分布规律，分析不同缝间距和震源频率下裂缝充填物对脉动水力压裂应力扰动效果的影响机制。结果表明：含矿物质裂缝对脉动水力压裂应力扰动影响微弱，可近似看作均质区域；含液体裂缝可通过反射作用引起强透射区与弱透射区介质速度的差异，引发剪应力形成拉伸破坏，但当距离震源较近时，反射波易抵消压力波，削弱压裂效果；含气体裂缝类似含液体裂缝，但反射作用更强烈，距离震源更远才能提升压裂效果；脉动水力压裂可利用裂缝的非均质性促进压裂效果，缝间距为初始人造裂缝长度的2~3倍时可获得较好的压裂效果。

高压脉动水力压裂增透技术在长平公司的应用研究

为了研究高压脉动水力压裂对单一低透煤层卸压增透的影响,提高抽采效果,以晋煤集团长平矿4306工作面为试验点,压裂前后瓦斯抽放效果的变化表明,高压脉动水力压裂增透技术比普通水力压力增透效果更加明显,显著提高了煤层透气性,钻孔抽采流量和浓度均有大幅度提高。

关于提高振动水力压制管的经济性和质量的方法

高水头钢筋混凝土管,主要是用振动水力挤压方法制成的。这种工艺的特点是:复杂性增加,以及对组成材料的质量与各工序的完成要求很严格。因此,在大多数地区的工厂仅生产数量不多,大部份是耐压性为Ⅰ和Ⅱ级一般范围的管。此外,在实际工程中,每第二或第三个管子就可看到混凝土保护层的层状物,由此引起螺旋骨架预应力钢筋加速锈蚀。

王庄煤矿煤层脉动水力卸压增透技术实践

为了增加540胶带运输大巷煤层的透气性、提升本煤层钻孔瓦斯抽采效果,降低煤与瓦斯突出危险性,王庄煤矿提出采用脉动水力卸压技术提高煤层透气性,通过对煤层施加脉动变化信号的水压,实现煤层原有微裂隙的扩展。现场应用表明,周围孔瓦斯抽采浓度变化范围较大,验证了此次注水对钻孔附近煤层瓦斯驱赶作用明显,达到了增大煤层透气性,提高了本煤层钻孔瓦斯抽采效果。

脉动水力压裂钻孔密封参数的测定及分析

为了改善脉动水力压裂钻孔密封性能,选择膨胀水泥冻复合材料(简称PD复合材料)作为密封材料,采用具有典型代表性的管径为95mm和108mm的内壁粗糙的无缝钢管作为模拟钻孔,在不同封孔长度条件下,对压裂密封参数进行实验测定分析.结合Lagrange插值法,计算在所需压力条件下,钻孔密封合理长度.结果表明:PD复合材料承压能力与封孔长度成正比,与钻孔直径成反比.当钻孔直径较小时,钻孔密封段内裂隙扩展的困难程度随封孔长度的增加而增加;反之,随封孔长度的增加而减小.脉动频率越高,对钻孔密封的承压性能要求越高,且高频的脉动压力更有利于脉动压裂过程中钻孔密封段内裂隙的产生与扩展.当脉动水力压力为16MPa时,脉动水力压裂过程中合理的封孔长度为13m.

脉动水力压裂频率与流量对裂隙演化的作用

脉动水力压裂能够通过强化煤体的疲劳损伤破坏有效改善煤层渗透特性,脉动频率和流量是影响脉动水力压裂煤岩致裂效果的关键参量,但是针对脉动频率和流量对煤岩水力压裂裂隙演化的影响机制研究还不够充分.依托研制的可以持续产生一定频率脉动压力波的脉动水力压裂实验系统,开展了不同脉动频率和流量的脉动水力压裂物理相似实验,分析了静压压裂与脉动压裂压力曲线、声发射能量率、累积能量以及试件宏观破裂形态.结果表明:相同流量时,和静压压裂对比,脉动压裂在增压阶段和峰值阶段表现出不同的特征,其压力上升趋势呈"内凹"特征,后期增速高于前期,且疲劳作用时间长,破裂压力低,裂隙扩展形态复杂,随着脉动频率降低,这些特征更加明显;相同脉动频率时,流量越小,疲劳作用时间长,破裂压力低,裂隙越发育.在作用效果上,脉动频率和流量有一定的相似之处,脉动频率和流量越高,压裂效果越接近静压压裂,而在作用机理上,脉动频率改变了单位时间内的脉动波对试件的冲击次数,流量则是通过脉动波的幅值改变脉动压裂的疲劳效应.结合两个参量组合特点,提出了脉动频率与流量协同控制的脉动压裂工艺.

基于高压脉动水力压裂的脉动波传播机理研究

脉动水力压裂技术是一项具有广阔前景的增渗新技术。当前脉动压裂过程中传播机理研究较少,为更好地研究脉动压裂增压效果与裂缝中传播机理,指导脉动水力压裂施工。该文基于波动方程和湍流模型,编制计算程序,建立模拟井下压力传播物理模型和类地层边界条件,研究了脉动压裂传播机理。计算结果表明:该模拟条件下,脉动波传播特征与实验结果具有较高吻合度,得出以下三个结论:(1)脉动压裂能够获得比静载压裂更高压力,提高压力值约30%;矩形脉动波比正弦脉动波与锯齿脉动波能够获得更高压力,提高压力约20%。(2)矩形脉动波压力值从波谷阶跃到波峰产生"水锤效应"明显,利于提高流体压力。(3)脉动压裂压力波衰减满足线性对数关系:y=-A·ln(x)+B,y为压力值,x为传播距离,A和B为常数系数;传播过程中脉动水力能量主要消耗在近井壁地带。研究成果有利于指导优化脉动水力压裂工艺参数。

脉动水力压裂的电磁辐射机理及其应用

提出了1种从电磁学的角度研究脉动水力压裂的方法,并从瓦斯吸附的本质方面对脉动水力压裂过程中的电磁辐射机理进行了深入的探讨;阐述了脉动水力压裂在铁法大兴矿的实践应用,对脉动水力压裂的设计施工、钻孔布置和应用效果进行了详细的论述和分析,实践表明脉动水力压裂技术拥有明显的卸压增透效果,对煤矿瓦斯资源的抽采应有广大的研究价值。