基于弹−塑性变形的含瓦斯煤体渗透率动态演化模型

煤体渗透率演化特征的研究对于合理布置煤层瓦斯抽采参数、提高瓦斯抽采产量具有十分重要意义。为研究不同煤体应力及瓦斯压力对渗透率的影响,开展了瓦斯吸附扩散与受载煤体变形实验,建立了受载煤体分段渗透率动态演化模型,结合实验测试结果对所建立模型的合理性进行验证。研究结果表明:瓦斯吸附量及煤体变形量均随气体压力增大呈Langmuir型变化规律,煤体瓦斯动扩散系数随时间变化呈指数衰减趋势;随着瓦斯压力降低,受载煤体膨胀变形量逐渐减小,渗透率逐渐增大,受载煤体渗透率及膨胀变形量均随煤体应力增大而逐渐降低,应力加载煤体渗透率整体呈现“V”形变化规律,应力峰值处煤体渗透率最小;所建立的煤体渗透率模型中,考虑了瓦斯吸附引起的基质与裂隙变形耦合作用、基质瓦斯动态扩散作用及基质与裂隙物质交换作用;利用实验结果对所建立煤体分段渗透率模型的合理性进行验证,基于弹性变形的煤体渗透率模型能够很好反映出煤体弹性变形阶段的渗透率演化特征,实验范围内,煤体渗透率实验测试与数值模拟结果绝对误差为−0.135×10^(−15)~0.296×10^(−15)m^(2),由于渗流引起的煤体体积应变绝对误差为−0.327×10^(−5)~2.026×10^(−5);考虑塑性变形的煤体渗透率模型也可以反映出煤体应力峰后渗透率变化规律,实验测试结果与数值计算结果的绝对误差为−0.435×10^(−15)~0.997×10^(−15)m^(2)。

实体膨胀管膨胀推力理论模型研究

膨胀管技术作为21世纪石油行业的核心技术之一被越来越广泛的使用。其中膨胀管膨胀力是膨胀管技术的关键参数,它是确定膨胀载荷和设计、优化膨胀工具的理论基础。针对实体膨胀管结构特点和塑性大变形膨胀过程,采用弹塑性力学分析方法,结合膨胀管实际应用情况,建立了实体膨胀管力学模型及膨胀力计算模型。模型不仅考虑了达到膨胀管塑性极限所需最小膨胀力,也考虑了保径段回弹对膨胀力的影响。因此,采用该模型能较准确地计算膨胀锥向下运动所需要的最小推力。对膨胀力计算模型进行极值分析,得到了膨胀锥角和摩擦系数的关系,为优化膨胀工具提供了理论依据。