低频振动激励煤体共振增渗实验系统研制及应用

【目的】振动波激励煤体共振增渗技术作为一种新兴的绿色高效增渗手段,利用低频振动所产生的应力波激励煤体使其孔裂隙发育,渗透率提升。为研究激励频率、应力场及共振效应等因素对增渗效果的影响,探明低频振动激励煤体共振增渗机制,自主设计研发了低频振动激励煤体增渗实验系统。【方法】该实验系统包括主机控制单元、煤样夹持单元、振动激励单元与煤体振动参数监测单元四个部分,可以测试煤体的固有频率、模拟不同强度的激励条件和实时监测振动激励下煤体的振动响应特征。以河南焦作赵固二矿无烟煤样品为研究对象,利用该实验系统开展煤体固有频率测试实验及低频振动激励下煤体渗流实验,揭示在不同激振参数、应力大小等因素下低频振动激励煤体渗透特性变化规律,实现煤体原位受迫振动,通过监测煤体振动响应特征,观测煤体在低频振动激励下所出现的共振效应,并结合工业CT扫描技术,阐明煤体共振致裂增渗的影响机制。【结果和结论】实验结果表明:(1)低频振动作用促使煤体渗透率上升,越靠近煤岩损伤的临界失稳状态时低频振动激励下煤体增渗效果越好。(2)当低频振动激励频率与煤体固有频率(20 Hz)相接近时煤体产生共振效应,煤体受迫共振后加速度响应加大,煤岩体内部的微裂隙逐渐扩展,煤基质内部的孔裂隙连通,使得其渗透率提升效果显著。上述实验结果及实验设备的研发,可以揭示低频振动激励煤体共振增渗的影响机制,为低渗煤层瓦斯高效抽采提供理论指导。

超声空化效应对细粒尾矿的增渗作用

针对细粒尾矿的渗透性较弱,容易导致尾矿坝浸润线抬升和降低尾矿坝安全系数的问题,提出采用超声空化的方法改善尾矿的渗透性。首先,采用计算流体动力学(CFD)软件模拟空化泡溃灭的过程;然后,根据空化阈值和换能器的声压计算结果选定试验使用的换能器,频率范围为20~40 kHz,功率为60 W,并通过染色试验证实尾矿试样中存在超声空化效应;最后,使用自制变水头渗透仪与选定的换能器,针对不同细粒含量的尾矿试样,开展超声增渗试验,并利用核磁共振仪检测增渗前后试样的孔隙结构变化。研究结果表明:得到的空化泡半径变化曲线与R⁃P方程拟合曲线吻合度较高,证明模拟结果的有效性;当气泡直径大于50μm时,低频超声的空化效果更好,当气泡直径小于25μm时,高频超声的空化效果更佳;细粒含量相同时,尾矿试样的渗透系数增长率随超声的频率增大而增加;超声频率相同时,细粒含量多的尾矿试样渗透系数增长率更高;超声作用后,尾矿试样中0~10μm的孔隙占比降低,降幅随频率的增加而增加;10~20μm的孔隙占比变化趋势不明显;20~40μm的孔隙占比增加,增幅随频率的增加而增加;>40μm的孔隙占比增长较少。对于不同孔隙占比的尾矿,施加相应频率的超声信号可获得更显著的增渗效果。

地下水低渗透区重非水相液体(DNAPL)的增渗增移技术综述

重非水相液体(DNAPL)是一种物化性质稳定且毒性较强的有机污染物,对人类健康和生态环境存在极大威胁。由于其密度较大、穿透性强,DNAPL渗入地下后易在低渗透区积聚,形成长期污染源。低渗透区流速慢、传质难的特点使得常用地下水污染修复技术难以奏效,而目前针对该问题的系统性研究尚显不足,因此亟需梳理并总结通过增渗增移DNAPL实现低渗透区污染增效修复的方法,为后续研究提供一定参考价值。本文首先通过控制方程描述了增渗增移的原理;其次综述了两种分别以表面活性剂和电动为核心的增渗增移方法:表面活性剂通过胶束增溶和降低吸附实现增渗增移,电动则通过电渗和电迁移增移DNAPL;同时介绍了实际应用中耦合其他技术的案例,总结优缺点;最后对DNAPL未来的发展方向进行了展望。

冲击波致裂在青海一里坪卤水开采中的增渗效果

青海一里坪盐湖赋存丰富的液体锂矿(晶间卤水),但传统井采方式的卤水产量严重依赖于随机性很大的地层性质。通过对井壁附近的地层进行冲击波致裂,可以使岩土层裂隙增多,从而加速渗流而提高产量。针对本次试验的地层,12次的冲击次数相对而言比较安全。相关技术成果对卤水和石油开采等液体采矿行业有很好的参考价值。

基于高分子增透剂的煤层注水增渗作用分析

为提高煤体润湿性与注水渗透效果,以自行制备的天然高分子增透剂为基础,从增透剂的反应过程、分子结构微晶结构及其与煤的表面形貌作用效果和润湿作用机理出发,研究了天然高分子增透剂对煤的增渗作用机理,同时利用分子动力学模拟研究了增透剂与煤粉之间的微观作用机理。研究结果表明,添加高分子增透剂后,水对于煤的润湿能力大幅度提升,在相同时间内添加高分子增透剂的试验组呈现出最佳的渗透效果;分子动力学模拟得到增透剂—煤体系的相互作用强度为-232.19 eV,而水—煤体系的相互作用强度为-34.60 eV,表明添加增透剂的溶液体系中水分子更容易附着在煤分子表面上,分子间相互作用力增强,会使附着在煤表面的分子结构更加稳定,更有利于煤表面的润湿。研究结果为煤层注水增透剂的研发和应用提供了参考依据,有助于进一步提高煤层注水抑尘效果。

煤层超高压水力割缝增渗工艺参数优化研究

针对国内某煤矿煤层瓦斯抽采流动阻力大、抽采困难的问题,采用试验的方法在3001煤层A32工作面进行超高压水力割缝增渗工艺参数的优化研究,通过控制变量法研究工艺参数变化对瓦斯抽采效果的影响。结果表明,割缝时间为40 min、割缝间距为3 m、割缝压力为50 MPa、钻杆割缝旋转速度为70 r/min时,增渗效果最好。同时,通过在同一煤层进行钻孔技术对比发现,使用优化后的高压水力割缝工艺参数进行增渗,在割缝钻孔数量相同的条件下,瓦斯平均抽采纯量是传统钻孔的2倍,钻孔平均出煤量提高约45%,效果显著。

高聚能重复强脉冲波煤储层增渗新技术试验与探索

高聚能重复强脉冲波煤储层激励是我国科学家基于核爆冲击波原理而研发的一项原创性新技术,通过前期工程实践证明了其对煤储层增渗的可行性和有效性,但该方面基础研究滞后于工程探索,技术的进一步研发与推广应用急需突破基础研究的瓶颈。面向我国煤层气高效经济开发的这一重大技术需求,分析了冲击波煤储层致裂增渗领域的研究现状,阐述了高聚能重复强脉冲波煤储层致裂增渗的基本原理,总结了该技术前期现场试验与工程探索的效果,凝炼出该方向亟待解决的科学问题。具体来说,探讨高聚能重复强脉冲波诱导下的煤储层破裂动力学特征及其地质、工程因素耦合作用机理,深入阐释重复脉冲波诱导下的波-流-煤相互作用这一核心科学问题,是进一步研发、完善和推广应用该项煤储层增渗新技术的首要基础。

电爆冲击波增渗解堵技术试验研究

常规油水井解堵技术存在工艺复杂、成本高和环境污染严重等问题,电爆冲击波增渗解堵技术因具有解堵增渗效果好、能量可控和环保等优势而成为研究热点。在分析电爆冲击波增渗解堵机理的基础上,研制了电爆冲击波试验装置,进行了电容、充电电压及金属丝直径对电爆冲击波压力峰值的影响试验,并进行了模拟地层压力环境下的电爆冲击波造缝及解堵效果评价试验。结果表明,冲击波压力峰值随着充电电压增大呈线性增大,金属丝直径对冲击波压力峰值影响不大,存在一个使冲击波压力峰值最大的最优电容,验证了电爆冲击波可以扩展储层岩石的裂缝并产生新的微裂缝,而且能达到增渗解堵的效果。研究结果为推动电爆冲击波增渗解堵技术研究及现场试验奠定了基础。

岩石热增渗机理初探

在大气压力下 ,对取自储层的大量岩心在 10 0～ 80 0℃范围内进行加热处理 ,测量其渗透率和孔隙度随温度的变化关系。实验结果表明 ,热处理过程中岩石渗透率和孔隙度等物理性质存在一个突变温度域 ;经过高温处理后的岩石 ,其渗透率和孔隙度随温度升高而增加 ;温度达到 80 0℃时渗透率可增大 2个数量级 ,孔隙度可提高数倍。根据这些实验结果 ,从岩石孔隙结构特点、岩石矿物脱水破坏、热应力集中、化学键断裂、应力松弛等理论出发 ,对岩石热增渗机理进行了初步的探讨和分析。

低渗透砂岩型铀矿床增渗方法及其可行性研究

为满足国内核电快速发展对铀资源的大量需求,解决制约低渗透砂岩型铀矿床原地浸出顺利生产的瓶颈,借鉴在油气田增产、煤气开采及瓦斯治理等方面提高岩体渗透性方法的成功经验,分析这些方法在原地浸出开采中应用的不足,提出了适用于低渗透砂岩型铀矿床原地浸出生产的无临空面深层岩体爆破增渗方法,以提高低渗透赋矿岩层的渗透性。通过初步爆破增渗模型试验,验证了无临空面深层岩体爆破增渗方法的可行性。

药剂真空预压法处理工程废浆中生石灰的增渗作用

针对上海某桩基施工现场产生的工程废弃泥浆,将传统的固化剂生石灰作为添加药剂,在静置沉降阶段测试了不同添加量时浑液面沉降随时间的变化;对于静置沉降后不同添加量的泥浆絮体进行了真空预压试验,研究了真空预压过程中的排水量变化特性及试验结束后模型箱内的颗粒分布特性,采用MIP试验研究了真空预压前、后不同位置处孔隙的分布变化规律;基于SEM试验解释了生石灰在废浆处理中的水化作用。研究结果表明:(1)加入生石灰不仅能加快静置沉降阶段浑液面的沉降速率,而且由于生石灰水化物结晶体能将土颗粒联接起来,形成体积较大、结构松散、可以起到骨架作用的土团粒,后期的增渗作用十分明显;(2)在0.2%、0.5%、0.8%生石灰的3种添加量中,掺量为0.5%时,静置沉降和真空预压阶段泥面沉降速度均为最快;(3)经药剂真空预压法处理后,废浆中的孔隙孔径由处理前的3 184~11 308 nm为主减小至681~3 244 nm为主,孔隙总量减小约60%~79%。

无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究及相似条件的实现

依据所分析的无临空面深层岩体爆破增渗的特点,在模型试验相似理论基础上进行无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究。结合内蒙某低渗透砂岩型铀矿工程地质及水文地质实际情况,根据所推导的模型试验相似准则,通过理论分析及试验研究,实现了模型试验的几何条件、边界条件、爆炸荷载及材料的相似,为实施爆破增渗模型试验打下基础。

几种增渗剂对吡喹酮经离体鼠皮渗透性的影响

本文利用水平式Ｖａｌｉａ－Ｃｈｉｅｎ扩散池考察了过饱和生理盐水溶液中药物经离体鼠皮的渗透性及不同增渗剂的促渗作用，同时考察了吡喹酮体外经活性表皮的渗透性，结果表明吡喹酮经离体鼠皮及其活性表皮的渗透系数分别为４．７３×１０^（－６）ｃｍ／ｓ和２．９２５×１０^（－５）ｃｍ／ｓ，稳态流量分别为１．３１３×１０^（－３）μｇ／ｃｍ~２．ｓ和８．１１１×１０^（－３）μｇ／ｃｍ~２·ｓ，滞后时间分别为１．５２５ｈ和０．８６４ｈ，对皮肤经增渗剂处理前后，吡喹酮体外经皮的渗透实验结果表明月桂氮酮、泊洛沙姆１８８和油酸对其经皮渗透均有一定的促进作用，其中３％月桂氮酮的促渗作用最为显著，而Ｎ－乙基－２－吡咯烷酮则无明显增渗作用。此外，测定了吡喹酮在正辛醇／水、全皮／水和角质层／水的分配系数，结果表明药物的亲脂性极强。

含水富有机质页岩重复升温热激增渗实验

水力压裂可提高页岩气井产量,但改造尺度多集中于毫米级裂缝,难以沟通微纳孔隙和天然微裂缝,且压后大量压裂液滞留易形成水相圈闭损害,阻碍气体多尺度传输。选取四川盆地下志留统龙马溪组富有机质页岩,模拟水力压裂后页岩储层热处理,开展了加热速率为5℃/min干燥页岩重复升温与加热速率为10℃/min含水页岩重复升温热激实验,监测了富有机质页岩加热过程中颜色、质量、渗流能力和纵横波速率。研究表明,加热过程中富有机质页岩表观颜色变浅;干燥页岩在600~700℃渗透率改善较为明显,渗透率增加了3~5倍;含水页岩渗透率在加热至200~300℃时显著提高,纵横波速率整体呈降低的趋势,降低幅度比干燥页岩更大。水岩相互作用、热蒸气压和加热速率引发的空间应力是降低含水页岩热致裂增渗阈值温度的有利条件。

增渗剂和离子导入对尼莫地平体外经皮渗透性的影响

研究了增渗剂和离子导入技术对尼莫地平（ＮＭ）体外经皮渗透性的作用，渗透促进剂如３％和５％月桂氮卓酮及１０％油酸的２０％丙二醇溶液能增加药物的渗透性（Ｐ＜００５），其增渗比分别为４６６、４３９及１２６４．离子导入技术能够显著增加药物的渗透性（Ｐ＜００１），渗透比为８０３．同时表明１０％油酸和３％的月桂氮卓酮丙二醇溶液与离子导入并用，渗透比为１５、８５、８９２．

用于防砂的硅酸盐复合材料高温增渗剂的研制

文章研制了一种提高硅酸盐复合材料胶结体渗透性的高温增渗外加剂ZSJ。它是以复杂的天然有机 物GD为原料自行进行化学改性的产物,并辅助以无机材料MD,按20:7的重量比混配而成。它能使硅酸盐复合材 料凝固体的渗透率在0.09-1.5μm2内调节,并保持硅酸盐复合材料凝固体抗压强度维持在6～8 MPa内,该增渗剂 能够适用于油井温度小于100℃的油气井中,从而使硅酸盐复合材料能够用于高温条件下的油气井防砂。温度适 用范围宽,是一种新型的防砂增渗材料。

增渗水泥防砂堵水一体化技术在营斜541断块的应用

针对营斜541断块部分油井高含水和出砂的矛盾,应用增渗水泥防砂堵水一体化技术对该断块的高含水出砂井进行控水稳砂治理。2006年6月至8月该技术共在营斜541断块先导性试验3口井,工艺成功率100%,有效率66.0%,恢复储量18.575×10~4t,日增油2.56 t.日减水65.3 m^3。该技术在营斜541断块的成功应用,为同类油藏的控水稳砂和开发提供了宝贵的经验和数据。

增渗水泥深部调整产液剖面技术

永66-41井是永安油田永66断块构造高点的一口关键井,具有储层埋藏浅、高孔、高渗、非均质性严重、层内易形成大孔道而导致水淹的特点,2006年12月20日因高含水出砂造成供液不足而停产。针对常规砾石充填防砂工艺只能防砂不能控水、综合效益较差的矛盾,利用增渗水泥封堵层内高渗透条带,对层内非均质性进行调控后,配合使用砾石充填防砂工艺,施工取得同工同层条件下"两降一增一稳"的"控水稳砂增油"好效果。措施后,恢复产能3.17t,选值增油量2.04t·d-1,降水量24.5m·3d-1,平均含水率下降8.1%,动液面稳定在634～622.1m。截至2007年12月25日,已连续生产315d,累积生产原油826.86t,累积增油量470.91t。该技术在永66-41井的成功应用,为同类油藏的挖潜增效提供了新的技术和思路,具有重要的理论和实践意义。

低渗污染地层气液驱动原位压裂增渗技术与设备

我国土地受工业开发长期影响,低渗地层污染现象十分严重,低渗污染场地亟待高效快速修复。传统异位修复技术对土壤扰动强,生态环境恢复缓慢,不足以解决目前的修复困境,原位立体缝网压裂修复技术的研究刻不容缓。低渗污染场地立体修复目前面临土层裂隙扩展机理不明、现有支撑剂易在主裂缝口沉降和压裂设备碎片化等难题,受实验条件和机理研究制约,在低渗土层缝网扩展机理、多场耦合、新型支撑剂和一体化压裂装备等方面需要进一步突破。本文重点研究低渗介质多场耦合下力学行为及提高原位压裂裂隙有效支撑的压裂装备进展和可行性,提出土体缝网起裂和扩展机理、流-固-化多场耦合模型、新型可控仿贻贝覆膜支撑剂和气液驱动压裂技术及装备等关键研究要点,指导低渗污染地层气液驱动缝网压裂增渗修复设计,提高药剂的传输效率和铺置范围,实现低渗污染场地原位立体高效修复。

煤储层增渗技术研究现状与展望

为了解决煤储层低渗富集区的煤层气难抽采问题,总结了目前煤层增透技术的研究现状,通过煤对瓦斯的微观吸附机理的分析,提出了利用外加电场和声场的方法达到增渗的发展方向,对低渗煤层的煤层气开发具有重要意义。