预裂炮孔近区煤体爆破损伤特性研究

为探究工作面预裂炮孔近区煤体动力损伤及应力传递过程,选用HJC、RHT损伤模型,对单孔装药及双孔爆破工况开展爆破模拟。研究结果表明:单孔爆破下RHT模型的损伤随时间呈近似线性增长,HJC模型的爆破损伤随时间呈二次函数增长;单孔爆破中峰值压力与爆心距呈二次函数;双孔爆破下HJC、RHT模型的爆炸近区压力峰值相差2.27%,但远区峰值压力差值≥8.0 MPa;双孔爆破下RHT模型应力波传播:两孔贯穿-后向外扩展;HJC模型应力波传播:由爆破孔向四周扩展,后作用孔间区域;单孔/双孔爆破中HJC模型能量吸收时间分别为RHT模型的6~10倍,RHT模型可表征煤岩爆破演化。研究成果可为工作面安全高效施工提供参考。

电化学强化反应墙去除硝酸盐的影响研究

面对农业灌溉区硝酸盐渗透污染地下水,损害人体健康和生态环境的现象,在传统可渗透反应墙(PRB)技术上增加电化学技术改善对硝酸盐的处理。结果表明,在立体电场作用下硝酸盐的去除率由传统技术的63.25%提高至95.77%,反应时间由原来的7 d缩短至3 d,提高处理效率降低成本。研究考察HRT、pH、电压、板间距单因素对电化学强化反应墙(EK-PRB)去除硝酸盐的影响,在此基础上通过响应曲面模型预测在HRT=15 h、电压=31 V、板间距=8.5 cm条件下EK-PRB的最佳去除率为96.75%,实际去除率为95.74%。相比传统PRB技术,EK-PRB填充生物炭粒子电极,提高污染物的传质速率,增强吸附能力同时提供更多的反应位点。通过三维电解和PRB的联合作用不仅大大提高污染物的去除效率,而且使得吸附后的填料介质在电化学作用下得到再生,实现反应过程的可持续进行,以期为处理硝酸盐的实际应用提供技术支撑。

针织物的感温变色涂层整理及性能研究

为了使人体温度变化可视化,设计开发了智能温度监测变色织物。选择云母改性凉感涤纶长丝编织三种不同组织结构的针织物作为基布并对其进行感温变色涂层整理。采用2种不同变色温度及变色效果的可逆温敏变色粉末,与水性聚氨酯、增稠剂等按一定比例制成变色涂料,将其涂覆在织物表面得到不同温度范围的变色织物。分析水性聚氨酯质量分数、烘干温度及烘干时间对变色织物的色牢度、透气性等性能的影响,并探究不同组织结构对变色效果、响应速度等变色性能的影响。结果表明:面密度越大,织物的响应速度越慢,透气率略有下降;水性聚氨酯质量分数达到60%,烘干温度90℃,烘干时间7 min时,织物的色牢度最好;以凉感纬平针织物作为基底时,织物的变色性能及服用性能综合效果最佳。

考虑频率约束的新能源电网极限渗透率估计方法

大规模新能源的并网导致系统惯量下降以及一次调频能力不足,面对功率扰动下的系统频率问题逐渐凸显,为合理规划未来新能源接入比例,亟需计算在频率约束条件下的新能源渗透率极限。根据风力发电机组所处风速区间的不同,在传统单机频率响应模型的基础上,基于小信号分析法推导低、中、高风速区间内风力机频率变化与附加功率的传递函数关系,建立一种多风速区间影响的含高渗透新能源接入的频率响应模型,并由此模型提出在频率约束条件下的新能源并网极限渗透率计算方法。在修改的IEEE 14节点系统仿真结果中验证所提评估方法的准确性及控制参数对频率响应的影响。

低渗油藏注水井试井压力响应机理及解释模型

针对低渗透油藏注水开发特点,在考虑启动压力梯度方向性和时效性的情况下,提出了低渗储层注水井井下关井试井压力响应机理。据此,综合考虑启动压力梯度、井筒储集效应、表皮效应、储层非均质性等因素,建立了低渗储层井下关井条件下注水井的试井解释数学模型,应用Bessel函数、Green函数和Stehfest数值反演算法对模型进行求解。利用该模型对长庆油田注水井进行试井解释实例分析,解释结果与实际资料相吻合,较真实地反映了低渗储层的参数和渗流特征,可为制订注水开发方案提供依据。

大气作用下膨胀土边坡的动态响应数值模拟

采用热湿耦合非等温流方程,结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件,通过考虑水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为,建立了大气-非饱和土相互作用模型。采用该模型,分析了在气候变化条件下,不同坡比和不同覆盖条件下非饱和膨胀土边坡的各种动态响应。计算结果表明,该模型能较好分析计算非饱和土表层的蒸发量及草皮对边坡土层含水率和变形的影响;采用分阶段变渗透系数的方法,能有效反映出降雨入渗和蒸发蒸腾过程中膨胀土所表现的不同渗透特性;而边坡的安全系数随气候变化而波动,降雨时边坡的稳定性比蒸发时低,蒸发可提高表层土体吸力,草皮覆盖亦有利于边坡的稳定性。

低渗透油藏CO2驱采油井试井模型

低渗透油藏CO_2驱油过程中,采油井的实测压力-压力导数双对数曲线往往后期上翘,采油井的试井压力响应同时受储层渗流能力和流体流动能力改变的影响,但人工压裂形成的物性分区和CO_2溶解导致的黏度分区特征在其中的影响程度尚不明确。文中采用剖面均化方法建立了低渗透油藏CO_2驱采油井试井数学模型,利用Laplace积分变换,求得无因次井底压力解,并通过数值反演获得双对数试井特征曲线。结果显示,低渗透油藏近井渗流介质改造作用是压力双对数曲线出现复合油藏特征的直接原因,而CO_2窜流导致的混合流体流动能力改善并不是导致复合油藏特征的主要原因。在此基础上,采用混合流体黏度修正方法能够快速、准确地量化CO_2驱过程中采油井近井渗流能力的变化。

长白山天池火山千年大喷发期后火山泥石流沉积特征及其源-汇响应关系

源于长白山天池地区的火山泥石流沉积可分为粗碎屑岩块(岩屑)泥石流和细碎屑浮岩泥石流,它们沿二道白河和松花江水系搬运的路径为从距天池火山口40km的三合水电站经过丰满大坝(360km)和吉林市(380km)到小白旗屯(450km),形成广泛的沉积区域。这两类火山泥石流的沉积成因有两种解释:一是形成于千年大喷发同期,是由一次性洪水事件搬运和沉积形成的;二是形成于千年大喷发期后经过多次搬运和沉积的产物。两个模式的共同问题是都没有考虑天池当时是否有水及其蓄水过程。后一模式在某种程度上,还回避了导致岩屑与浮岩两类泥石流频繁互层的沉积物源和水动力条件以及二者的转换机制,而这恰恰是关于泥石流沉积成因的基本要素。通过重新研究火山泥石流经典剖面(位于天池西北57.73km的水田村),作者发现本区火山泥石流沉积存在明显的物源剥蚀区与沉积堆积区的反剖面关系。即无论是粒径32~500mm的粗碎屑还是0.0625~16mm的细碎屑,成分自下而上(或沉积早期到晚期)呈现规律性变化:剖面下部的碎屑成分以浮岩为主(浮岩在物源区位于顶部),向上粗面岩和玄武岩明显增多(在源区它们位于浮岩之下),而沉积序列上部的碎屑成分是在物源区处于较深层位的岩脉辉绿岩和基底流纹岩。整个序列碎屑成分的沉积分异特征明显。沉积构造和岩相组合特征显示,该火山泥石流剖面的下部和上部碎屑粒度细、分选较好、成层性好、水平状层理发育,主要表现为环境较为稳定的以地面径流为主的河流相和末端扇相背景沉积;中部粒度粗、成层性差、主要表现为突发性洪水作用导致的洪积相事件沉积。沉积序列中频繁出现的冲刷面构造指示水流强度曾出现周期性的快速增加。自下而上冲刷面规模由小变大再变小,指示水流强度由弱变强再变弱。为了探讨天池的积水条件和蓄水过程,作者基于达西定律和质量守恒原理,模拟计算降水量、蒸发量、地表径流量、火山机构整体的平均渗透率和天池积水速率之间的关系。结果显示,当天池火山机构平均渗透率高于6m D(毫达西)时,天池地区降水量减蒸发量即使高达2000mm/y,水亦会全部渗流而出,因此天池不存在积水环境。当降水量减蒸发量小于1500mm/y时,则天池火山体平均渗透率需要小于4m D,天池才可能在200年之内集满现今的水量。当天池降水量减蒸发量小于1000mm/y时,天池火山体平均渗透率需要小于2.5m D,天池才可能在200年之内集满现今的水量。将水田村火山泥石流沉积序列与天池蓄水过程计算结果加以对比,我们提出本区火山泥石流沉积序列的另一种成因解释:(1)这是形成于千年大喷发之后的以地面径流或河流为主的背景沉积与洪水导致的突发性事件沉积互层的序列;上部和下部的细碎屑层主要表现为背景沉积,中部的粗碎屑岩块泥石流主要表现为洪流事件沉积。(2)下部的背景沉积可能对应于天池千年大喷发之后的持续积水过程,时间可能不少于200年;而上部的背景沉积则对应于本区的水系和地貌逐渐稳定并接近于现今条件的稳定型河流沉积。结合天池北坡和西坡古老树木年轮指示的沙松冷杉生长年代(公元1749-1768)同时考虑松柏类植物对水系和地貌稳定性较为敏感等因素,推测上部沉积环境趋于稳定的时间应该不晚于公元十八世纪初。

工作面采动影响下煤层渗透特性变化规律研究

为获得高瓦斯煤层开采过程中渗透性的变化规律,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法对煤层的渗透性进行了深入研究,并基于孔隙率的计算方法和KozenyCarman方程,建立煤层渗透率的动态变化模型,结合数值模拟和现场实测系统分析了工作面含瓦斯煤层渗透性的变化规律。研究表明:煤层开采过程中,在支承压力作用下煤体的渗透性与力学状态密切相关,煤层钻孔瓦斯流量与渗透率的变化规律一致;煤壁前方相同距离处,回风巷侧煤层裂隙发育程度大于运输巷侧,导致回风巷侧煤层渗透性和瓦斯流量大于运输巷侧;工作面附近煤层裂隙发育、渗透性好,对该区域煤层采取针对性的瓦斯治理措施,可有效降低工作面瓦斯浓度,为工作面安全高效开采提供保障。

用测井响应值进行煤层气含量拟合和煤体结构划分

傅雪海，陆国桢，秦杰，贾红焱．用测井响应值进行煤层气含量拟合和煤体结构划分．测井技术，１９９９，２３（２）：１１２～１１５利用逐步回归方法建立了淮北宿南向斜煤层气含量与测井响应值之间的数学模型；利用聚类分析的方法将煤体结构划分为原生结构煤－碎裂煤、碎斑煤、碎粉煤（或糜棱煤）３种类型。此项研究弥补了煤田地勘过程中煤层气含量测试精度不高，煤体结构破碎之不足。对煤层气含量和煤层渗透率的研究有一定的现实意义。

白于山区块特低渗透率水淹层测井精细评价研究

为定性识别与定量评价特低渗透水淹层,建立适用于白于山区块的测井解释模型。针对特低渗透率地层电阻率随含水饱和度增加先减小后增加的特征,采用自然电位曲线变化、新老井电阻率对比、电阻率重构和电阻率差比4种方法识别水淹层,利用实测电阻率与重构的饱含油、饱含水电阻率差比值,建立淡水水淹级别划分交会图版,提高测井曲线识别水淹层精度。通过实验验证变倍数物质平衡法混合液的适用性,采用三参数联合定量迭代方法对含水饱和度、产水率和混合地层水电阻率进行求解,可适应不同水淹阶段三参数计算,与实际分析资料对比,各参数绝对误差均较小,利用参数计算结果划分水淹级别与实际分析符合率在90%以上,提高水淹层定量评价精度。

X油田特低渗透油藏井网加密效果预测方法

基于实际油藏井网加密调整后的动态开展效果预测研究,可为油田开发规划提供调整依据。通过对X油田特低渗透油藏井网加密调整前后开发动态变化分析,确定了加密增产效果变化规律及其主要影响因素;基于建立的反映实际油藏特点的典型数值模型,应用响应面设计方法和逐步回归方法,综合研究了不同因素变化对井网加密后增产效果的影响,并得到了反映特低渗透油藏特点的、考虑多因素影响的井网加密调整增产效果预测模型。预测模型在X油田特低渗透油藏中的实际应用表明,预测精度较高,并具有很强的针对性和实用性。本文建立的以“增产倍数”来表征油藏加密调整后的增产效果的方法,可为特低渗透油藏加密调整效果预测提供参考,并为此类油藏的开发规划提供可靠依据。

基于岩性识别的渗透率计算模型

乍得Bongor盆地储层岩性复杂,非均质性强,不同岩性之间孔隙度、渗透率差异较大,直接应用测井资料评价储层渗透率的精度较低。为提高乍得Bongor盆地储层渗透率评价精度,首先以取心井段岩性识别为基础,结合测井响应特征,通过曲线重构,构建岩性指示、孔隙度指示曲线;其次应用构建的指示曲线,建立研究区的岩性识别标准;最后根据不同岩性的孔隙度、渗透率实验资料建立渗透率计算模型。实际应用表明,按不同岩性建立的储层渗透率计算模型其计算结果的精度与通用模型比显著提高。该方法为乍得Bongor盆地复杂砂砾岩储层渗透率评价提供了有效手段,也可应用于其他区块的渗透率计算。

基于体积应变含瓦斯煤体渗透特性研究

为获得含瓦斯煤体渗透特性的采动响应特征,应用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法对含瓦斯煤体渗透率的采动响应机制进行了研究。依据孔隙率的定义,以KozenyCarman方程为桥梁,建立了基于体积应变的含瓦斯煤体渗透率的采动响应模型。基于渗透率采动响应模型,采用COMSOL Multiphysics模拟了煤层开采过程中渗透率的变化规律,并在现场开展了渗透率的采动响应研究。结果表明:采动是影响煤体渗透率的主要因素,煤体体积应变、渗透率和瓦斯流量在采动过程中具有基本一致的变化规律,随着工作面的临近,煤体膨胀变形、渗透率逐渐增大,在靠近工作面处达到最大值;距工作面相同位置处,回风巷侧煤体的瓦斯流量大于运输巷侧,越靠近工作面煤体的渗透性越大。

大规模海上风电接入的受端电网频率特性

随着海上风电的快速发展并大规模接入电网,电网系统机械惯量和频率调节能力大幅下降,严重影响受端电网的频率稳定性。为了准确分析大规模海上风电接入的受端电网频率稳定问题,提出一种包含直流频率限制控制器(frequency limiting controller,FLC)和风力发电机(wind turbine generator,WTG)参与调频的频率响应聚合(frequency response aggregation,FRA)模型。以我国南部某省为例,采用所提出的FRA模型,分析WTG接入形式、直流FLC、直流闭锁容量和WTG参与调频对受端电网频率响应过程的影响。通过理论和仿真分析得到系统惯性、调频容量和直流FLC容量与频率响应曲线中频率最低点、准稳态频率等指标的相关性,并给出大规模海上风电接入的受端电网维持频率稳定的有关建议。分析结果表明:我国南部某省风电渗透率在10%~40%区间;风电辅助调频容量达到装机容量的5%时,系统最低频率可以维持在49.5 Hz以上。因此,使海上风电机组具备调频能力,可以有效改善大规模海上风电接入系统的频率稳定问题。

钻孔瓦斯抽采效果影响因素的响应面分析

为了探究不同因素对钻孔瓦斯抽采效果的影响,进行了试验矿区地应力现场测试,建立了煤体基质裂隙系统瓦斯运移理论模型;基于现场数据构建数值模型,研究不同抽采条件下的有效抽采半径变化规律;采用响应曲面法,分析不同因素的交互作用及对有效抽采半径的影响,得到各因素与有效抽采半径的响应曲面模型。结果表明:煤层初始渗透率对抽采半径的影响程度最大,抽采时间、抽采负压和钻孔孔径的影响程度依次变小;响应曲面模型显著性较好,决定系数为0.995 7;煤层初始渗透率与抽采时间的响应曲面扭曲程度最大,说明两者对抽采半径的交互影响显著;抽采时间与抽采负压的响应曲面扭曲程度最小,说明两者的交互影响作用最不显著。

深部储层岩石渗流的滑脱效应研究——以煤和砂岩为例

深部高应力作用下致密储层岩石因其孔径与气体分子平均自由程相当,会诱发气体的滑脱效应,进而对瓦斯(煤层气)长期稳产产生重要影响。基于此,开展深部高应力作用下煤和砂岩的氦气注入试验。研究结果表明:在全抽采周期,高应力煤体中氦气运移始终表现出显著的滑脱效应,即使在高达8 MPa的储层压力下也不可避免,砂岩渗流则基本上不受滑脱效应影响。相较于线性Klinkenberg方程和二次型Klinkenberg修正方程,双滑移Klinkenberg方程更适用于深部高应力煤体的表观渗透率ka修正,进而得到煤体固有渗透率k_(∞)与有效平均应力σ_(vme)之间满足线性关系,这是由高应力状态下煤体内结构异质性减弱、均质性增强所致。均质性砂岩的渗流行为表现为线性力学响应特性,证明了煤体滑脱效应修正的合理性。由于深部煤体k_(∞)随σ_(vme)呈线性弱衰减规律,导致应力型渗透率在应力加载作用下略有降低,最终表现为滑脱效应随着σ_(vme)增加而减弱的反常现象。以双胡克定律为理论基础,建立综合考虑高应力煤体裂隙开度呈线性变化和滑脱型渗透率呈指数衰减规律的渗透率模型,并在不同边界条件下取得了良好的拟合效果。

重庆地区侏罗系中统泥岩流体井的水力响应模型研究

基于重庆构造活动较弱,天然裂隙不发育地区的大足十万和巴南安澜两口观测含水层含有泥岩的侏罗系中统沙溪庙组井做了流体潮汐-气压响应的分析研究以探究含水层含有泥岩的井的水力响应模型.研究发现:泥岩的脆性和多裂隙特性可能导致含水层和隔水层含有泥岩的井受裂隙影响明显,封闭性不够好,因此伴随较差的井孔贮藏效应,存在垂直向渗流.本文采用的分析手段对于研究页岩气压裂开发过程中注入页岩甜点段的压裂液等废液是否有可能通过上覆未压裂页岩地层垂向运移进而污染浅层的地下水具有理论指导意义.