深部煤层原位保压保瓦斯取心技术装备及初步应用

深部煤层瓦斯含量精准测定是矿井瓦斯灾害防治和煤层气高效开发利用的基本前提。煤层传统取心技术普遍采用开放式取心,需利用估算方法获得煤层取心过程中的瓦斯损失量,难以保证煤层瓦斯原位参数的准确性和有效性。基于“原位保真取心”学术思想,开发了深部煤层原位保压保瓦斯取心技术,研制了深部煤矿原位保压保瓦斯取心器,并基于三维数值仿真对取心器外管、保压舱体结构与关键薄弱部件进行了强度校核。同时,依托自主研发的保压取心实验室模拟测试平台,测定并分析了保压控制器的保压能力,通过煤矿现场试验验证了取心器的可靠性。研究结果表明:自主研制的取心器具有保压能力强、保压时间长、防扰动性能稳定等优势;取心器在内部流体压力20 MPa和1000 N m扭矩作用下等效应力为121.1 MPa,远小于材料屈服强度,满足强度设计要求;取心器在20 MPa荷载作用下等效应力为63.9 MPa,满足强度设计要求;取心器整体在19.4 MPa压力条件内可持续稳定运行,可以满足大部分深部煤矿瓦斯测试需求;现场测试表明保压保瓦斯取心器的保压控制器闭合情况良好,现场取心率达100%。研究成果可为深部煤层瓦斯含量精准测定奠定理论、技术和装备基础,对于煤矿瓦斯灾害防治和煤层气勘探开发具有重要意义。

“半浮动”取心保压球阀的设计研究

现行机械式保压球阀受限于井下狭小空间,保压能力弱、保压成功率低、灵活性差.针对以上问题,提出一种“半浮动”取心保压球阀设计构想.基于保压取心技术要求,采用数值仿真及理论计算,设计研发了一种“半浮动”球阀保压控制技术,创新设计的“半浮动”承压结构改变了球阀承压位置,有效增强了球阀承压能力.提出了一种气动式的新型控制方式,球阀启闭可控,可以有效解决大斜度井、水平井作业中球阀关闭难题.分别对“半浮动”及固定球阀阀体、阀座进行了有限元对比分析,“半浮动”球阀承压能力达到70 MPa,保压能力显著提升.通过理论计算确定了球阀的转矩及最小气体压力.研究结果可为保压取心技术的发展提供一定技术支撑.

保压候凝对页岩气井固井质量的影响及机理分析

页岩气井开发过程面临钻压同步的情况,常伴有套变现象发生,影响后期压裂改造。为此,油田采取保压候凝措施预防套变。通过跟踪页岩气井保压候凝后续固井质量情况,发现采取该措施的页岩气井存在质量分界现象,即保压候凝后,在某一井深范围会出现质量反转,固井质量差异明显。通过统计数据与测井曲线图特征分析,探索总结其影响规律,并结合弹性力学厚壁筒理论对其进行了机理分析。对于抗外挤强度高的套管,在满足抗外挤条件下,不建议候凝期间采取管内保压措施。如果必须采取保压措施,建议采用弹性水泥浆、树脂水泥浆等体系进行浆体设计,并合理控制保压值以减小微间隙的产生。另外,还可在重叠段关键位置使用遇烃遇水自膨胀管外封隔器封堵气窜通道,降低后期环空带压机率。

季节水温变化对充水保压蜗壳承载特性的影响

抽水蓄能电站钢蜗壳一般均采用充水保压埋入方式,在正常运行过程中,蜗壳内季节水温变化将影响钢蜗壳—混凝土接触关系,继而影响充水保压蜗壳的承载特性。为此,基于运行期钢蜗壳温度监测结果,研究了运行期钢蜗壳实际温度变化情况,并采用有限元方法研究了运行期钢蜗壳—混凝土接触关系的变化规律、结构承载特性及不平衡水推力分载情况。结果表明,在机组投产后正常运行年内,钢蜗壳内季节水温变化对钢蜗壳—混凝土接触闭合时机及空间分布影响显著;夏季水温升高将导致蜗壳外包混凝土承载比显著升高,应确保混凝土配筋满足强度和正常使用要求;而在冬季水温降低时止推环将起到承担不平衡水推力的主要作用,与此同时,座环也承担了约30%~40%的不平衡水推力,说明充水保压蜗壳设置止推环和加强座环锚固非常必要。

直径盾构靠近既有结构隔离循环保压注浆技术探析

文中以深圳某隧道建设项目为依托,对大直径盾构靠近既有结构隔离循环保压注浆技术进行了分析,并对施工后既有结构的变形进行监测,分析隔离循环保压注浆技术的效益,以保障隧道盾构施工过程中既有结构的安全。

基于三维实体模型的注塑成型保压过程模拟

基于现有的超算平台和有限体积法计算程序,开发基于三维实体模型的注塑成型数值模拟计算模型。基于可压缩两相流模型进行计算,采用有限体积法进行离散,结合流体体积法(VOF)进行界面捕获,使用Cross-WLF黏性模型表征聚合物熔体的流变行为。以平板型腔和带圆柱嵌件型腔熔体保压过程为例进行数值模拟计算,成功预测型腔压力、温度和应力等流动特性的分布,模拟结果与文献中的结果基本吻合。

汽车保压自动监控装置研究及应用

分析研究并提供了一种保压自动监控装置,接入整车线路,实现了对车辆气压值的监控,并自动读取气压值存储在后台,整个作业过程简单、智能,且制造成本低廉,彻底解决了整车保压时间过长且气压值测量精度低的问题,大幅提升了整车保压效率。

9FA燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉保温保压能力提升

某发电公司自完成辅助蒸汽自供应改造以来,部分机组保温保压的能力不断下降,机组保压时长仅有4h。因保压能力下降,辅汽自供无法实现,降低了项目的经济性。通过操作手法优化、设备缺陷整改入手,采取对应改善措施,将机组保温保压能力提升至6~7h,大幅提升了机组辅汽自供能力。

下行穿层钻孔高压保压注水消突技术研究与应用

针对高地应力煤与瓦斯突出煤层存在安全问题,在高抽巷施工下行穿层高压保压注水钻孔,通过实施“两堵两注”带压封孔工艺,有效封孔长度为17 m时,至少可承压48 MPa,提高了封孔强度;采用多次反复高压保压注水施工工艺,增强注水量和注水效果,实施截流卸压工艺,平衡消弱煤层高集中应力,控制高压注水影响范围;高压保压注水压力为30~47 MPa,注水次数2~5次,单孔最大注水量达到159 m³,高压保压注水有效影响半径最大为101 m,瓦斯预抽钻孔工程量减少了55.9%,瓦斯治理周期减少了15个月,提高了瓦斯治理效率、效果。通过试验,增大了煤层透气性,提高了瓦斯抽采效果,消除煤层的突出危险性。

煤矿井下水平保压取心保压触发装置研制与试验研究

瓦斯含量是煤矿安全开采和煤层气资源开发利用的重要评价指标,而保压取心技术是提高煤层瓦斯含量精确测定的有效途径。针对煤矿水平保压取心特殊工况,基于煤矿原位保压保瓦斯取心原理与技术,为提高保压煤样的采取率,研制了保压触发装置,系统设计了装置的密封保压单元、液压驱动模块和捞矛头与水平打捞器连接-脱卡机构等关键部件。搭建了保压触发装置工作性能地面试验系统,对装置性能进行试验研究。结果表明:在保压控制器阀盖5个典型的翻转方向工况下,保压触发装置的各功能模块均稳定运行,保压控制器均完成了翻转闭合;同时,钢丝绳顺利从取心钻杆内取出,有效防止取心器从孔底提至孔口过程中钢丝绳缠绕,避免引起设备故障。采用电动试压泵对已完成工作性能试验的取心器保压舱进行打压测试,结果表明:在最高压力为4.1 MPa条件下,压力表读数稳定,取心器保压舱内带压流体不发生泄漏,表明保压触发装置可触发取心器的密封保压功能。最后,在煤矿井下实际条件下对装置性能进行试验,结果表明:保压触发装置可在煤层实际工况下稳定实现取心器的密封保压功能,煤样采取率高达90%。保压触发装置的研发可促进煤矿水平保压取心技术的发展,对煤层瓦斯含量的精准测定具有重要意义。

铁路客车空调机组保压检漏装置研制

在现代空调机组维修过程中,空调充氮保压检漏是空调制冷系统泄漏检测的关键环节,目前铁路车辆维修企业关于空调机组制冷系统检测方法存在着检测时间长、检测可靠性低等缺陷,严重影响了客车段修生产进度。一种基于相对压差法进行空调保压检漏的装置,采用相对压差测量法,利用压差变送器及单片机等现代化元器件为核心,同时结合现代物联网技术,具有降低检修时间、无需人员值守等优点,大幅降低了检修人员的工作压力、降低空调机组保压检漏时间.

深部煤矿保压取心保压控制器密封性能分析与结构优化

保压控制器作为深部煤炭原位保压取心器的核心部件,其密封设计对保压取心效果有着决定性作用。为了获取最优的密封结构方案,本文建立了保压控制器密封结构二维轴对称非线性接触模型,通过正交试验分析不同凹槽设计、锥角选型及摩擦因数对密封性能的影响,并研究不同闭合阶段、介质压力下密封圈各应力变化情况。结果表明:1.9 mm凹槽深度的30°锥角保压控制器密封效果最优;摩擦因数对密封性能的影响较小,应根据实际情况选择尽可能小的摩擦因数;室内打压试验结果表明保压控制器在较小预紧力作用下即可形成密封,且其密封性能随密封压力的升高仍维持稳定,该自适应密封特性保证了其密封能力与工作稳定性。研究成果提高了深部煤矿保压保瓦斯取心器的密封可靠性,对实现深部煤矿瓦斯精准测定具有重要工程意义。

TKP194-80型密闭保压取心工具的研制与应用

密闭保压取心是一种能够保持或接近地层压力的特殊取心技术,可使岩心中流体、气体保持在原始状态。这种技术对于正确认识地质情况、计算油田可采储量、分析页岩气藏和煤层气藏机理,制定勘探开发方案有着十分重要的意义。研制TKP194-80型密闭保压取心工具,采用大通径高压球阀密封、密闭液封堵、液压差动、活塞压力补偿等关键技术,配有岩心冷冻、切割、集气等岩心后处理工艺,钻头外径215 mm,保压能力50 MPa,岩心直径80mm。在山西晋中某煤层气资源地质探井开展保压取心应用,共进行保压取心8筒,总进尺37.51 m,岩心采取率84.4%,保压成功率87.5%。研究结果表明,该取心工具保压性能可靠,技术方案可行,可为常规油气及非常规油气藏勘查开发提供技术装备支撑。

海域天然气水合物保压取心钻具的研制与试验

天然气水合物的勘探和开发需要从地层中获取保压岩心进行地层的物化性测试、储量评估以及开采工艺等方面的研究。然而,钻探过程中,伴随温度和压力的改变,天然气水合物很容易发生分解,这给水合物钻探取心工作带来了很大的困难。为了解决天然气水合物保压取心钻具的保压可靠性问题,开展了一种新型齿轮-齿条关闭球阀式水合物保压取心钻具的研制,采用绳索打捞的提拉力驱动球阀工作。详细介绍了该保压取心钻具的结构和工作原理;计算了球阀的工作密封比压及打捞内管所需的提拉力;介绍了该保压取心钻具的室内试验和海试情况。研究表明:该水合物保压取心钻具的取心工艺简单、球阀翻转和密封性能良好、取心成功率高,各项功能和性能指标均达到了设计的要求。

煤层地面井保压取心控制器闭合轨迹模型

传统煤层勘探方式采用开放式取心工具获取煤样,并通过理论估算的方式计算损失气。导致所测得的煤样含气量普遍偏低,严重制约煤层气开发利用,影响煤矿安全开采。为满足深部煤层勘探需要,创新设计了一款煤层地面井保压取心工具,工具总长6.7 m,单次可取保压煤心样品3 m。为提高深部煤层保压取心可靠性和成功率,构建了孔底液体环境下保压控制器闭合轨迹模型,并通过实验测试和理论推导获取了控制器触发弹片弹力转矩的变化曲线。为验证闭合轨迹模型的准确性,了解保压控制阀盖在钻井液环境下的翻转闭合过程,进行了保压控制器触发闭合室内实验。结果显示,实验所测得阀盖运行轨迹与理论计算结果的偏差小于5%,验证了模型的准确性。在此基础上,优化了煤层地面井保压取心工具内保压控制器触发系统,并在深度为30 m的试验井下,密度1.1 g/cm^(3)、黏度60 s的膨润土基泥浆环境中进行了8次孔底抽拉触发实验,保压控制器均能稳定闭合,成功率为100%,并能保证压力在14 MPa时连续工作至少350 min无泄漏,证实了保压控制器触发系统的可靠性。本文所建立模型可以实现井下保压控制器运行轨迹预测,进而可以针对不同钻井液体系设计、优化触发系统,从而提高深部煤层保压取心成功率。

温压荷载作用下深部原位保压取心控制器承压特性研究

深部原位保压取心是深部流态资源(煤层气、页岩气等)储量评估的重要途径,其密封性能与承压能力受温压影响显著。然而目前研究鲜有考虑深部原位环境(温度、压力)对保压控制器极限耐压能力与保压效果的影响。围绕保压控制器在深部环境下承压性能关键问题开展研究,进行保压控制器运动分析,开展304钢高温拉伸实验,获取其材料力学特性。基于自主研发的保压取心实验室模拟测试平台与数值仿真研究手段,模拟深部原位环境下保压控制器结构变形与应力分布特征,提出保压控制器失效控制策略。结果表明:(1)随着温度增加,304钢的屈服强度呈降低趋势,25、50、100、150、200℃条件下,其平均屈服强度分别约为556.42、536.26、513.22、511.00、489.88 MPa;(2)其失效内因在于阀盖等效应力集中于底面中部,阀盖结构变形以短轴两翼向内部收缩为主,导致密封接触压强降低,无法形成有效密封;(3)为了提高保压控制器的承压性能,建议通过优化材料性能(选取弹性模量大的材料)来降低保压控制器的变形,或在阀座内置限位结构来控制阀盖弱侧变形,促使保压控制器处于“越压越紧”的良性状态。相关研究可为深部原位保压取心控制器结构优化与能力增强提供借鉴。

深部煤矿保压取心煤样自锁转移机构研制

保压取心技术能够将获取的深部煤层样品在孔底直接封存,以最大限度消除取心过程中瓦斯逸散;基于获取的保压岩心开展带压转移及测试是实现瓦斯含量精准测定的技术前提,而如何实现保压取心与带压转移测试的精准对接,已成为亟需解决的关键技术难点。围绕保压取心系统与测试系统对接转移的核心部件自锁转移机构开展研究,基于理论计算与室内试验,对自锁转移机构的装配关系、运动特性与承载能力等进行分析。首先,创新设计了可集成于保压取心系统内部的自锁转移机构,根据取心作业实际工况揭示了锁紧轴顺利通过与安全承载的临界条件;通过理论计算,获取了锁紧环与锁紧轴的最佳装配过盈量为0.1 mm,此时无论通过性还是抗拉承载特性均能保持良好的力学性能。其次,开展了室内锁紧轴通过性及拉伸承载测试,验证了5 kN拉伸载荷作用下锁紧机构的工作安全性。最后,完成了自锁转移机构的样机试制与装配,并进行了入井功能及带压转移动作测试,验证了自锁转移机构动作可靠性。研究成果为获取原位保压岩心并开展带压转移测试等提供了技术基础与装备支撑。

天然气水合物岩心保压转移与测试系统研发现状分析

通过钻探取心获取原位天然气水合物储层岩心,并进行保压转移与测试,获取岩心物理、化学及力学性质等方面的参数,是开展海域天然气水合物勘查工作的关键技术方法之一。本文对国内外天然气水合物岩心保压转移系统的相关资料进行了汇总,从工作原理、结构特点和试验应用等方面进行了全面总结,系统梳理了天然气水合物保压转移与测试系统的研发现状,从兼容性、关键参数等多个方面对比了国内外典型岩心保压转移与测试系统,并针对国内天然气水合物保压转移系统的研发提出了建议。

深部煤层原位保压取心技术原理与瓦斯参数测定研究进展

煤层原位瓦斯压力与瓦斯含量是深部煤矿安全生产与煤层气资源精准评估的关键参数。针对深部煤层原位瓦斯含量精准测定的技术难题,提出了原位保压取心与原位瓦斯含量和压力测试的全新原理,推导并建立了煤层原位瓦斯含量计算方法和考虑含水率及多气体组分影响的煤层原位瓦斯压力计算方法。根据矿井深部原位应力环境特点与多向取心工程需求,分别自主研发了重力式、弹力式和磁力式保压控制器,可实现任意角度保真取心。自主研制了集低扰动保压取心与样品含气量一体化测试技术与装备,可实现与保压取心器对接并解锁的原位样品转移、破碎与测试,解决了原位取心、样品转移过程中瓦斯量损失问题,大大提高了瓦斯含量测定的准确性,为精准测定深部煤层原位瓦斯压力及瓦斯含量提供了理论和技术支撑,以期降低瓦斯事故,提高高突矿井安全开采效率。

天然气水合物储层岩心保压转移与测试进展

掌握天然气水合物储层基础物性演化特征对提升天然气水合物资源勘查与试采综合实力具有重要意义。目前,天然气水合物储层基础物性模拟实验和测试仍然以人工制备的天然气水合物岩心样品为主,导致测试结果和模拟实验认识与天然气水合物资源勘查试采工程需求仍有一定的差距,亟需原位准原位物性测试数据进行对比校正。天然气水合物储层保压取心及其后续岩心保压转移与测试是积累准原位物性测试数据的有力手段。聚焦天然气水合物储层保压取心之后的岩心保压转移与测试,全面综述了国内外现有的天然气水合物储层岩心保压转移与测试系统的优缺点,深入分析了天然气水合物储层岩心保压转移与测试获得的基础性认识;综述国内天然气水合物储层保压取心系统研发现状,梳理与之配套的岩心保压转移与测试系统研发现状及其面临的挑战;针对面临的挑战,为发展中国海域天然气水合物储层保压转移与测试技术装备研发自主能力提出了建议。