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低滲煤層井下水力化增滲理論與技術

作者：秦玉金//王耀鋒//富向//姜文忠//蘇偉偉|責編:李雪//崔元春
出版社：科學
ISBN：9787030716668

出版日期：2022/03/01
裝幀：平裝
頁數：238

人民幣：RMB 128 元售價：元

內容大鋼

煤層增滲是促進瓦斯（煤層氣）高效抽採的重要措施，本書針對鬆軟低滲透性煤層瓦斯抽採的難題，採用理論計算、數值模擬相結合的方法，闡明了非均勻應力場穿層鑽孔三維旋轉水射流擴孔及「點」式定向壓裂的增透力學機制；運用流體力學、岩體力學、彈性力學、機械工程等多學科交叉理論，揭示了淹沒條件下旋轉水射流噴嘴的流場特性，優化了噴嘴結構參數；提出了三維旋轉水射流擴孔技術、「點」式定向壓裂技術、水射流與水力壓裂聯作增透技術，並開展了相關的工程實踐工作。
本書可供從事低滲煤層瓦斯（煤層氣）資源開發、煤礦瓦斯災害治理等專業技術人員、高校研究生和本科生以及研究院所科研人員等閱讀參考。

作者介紹

秦玉金//王耀鋒//富向//姜文忠//蘇偉偉|責編:李雪//崔元春

前言
第1章  煤層增滲技術國內外研究現狀
  1.1  煤岩體結構特徵及瓦斯流動理論研究現狀
    1.1.1  煤岩體結構與孔隙、裂隙發育
    1.1.2  煤層瓦斯流動理論
    1.1.3  煤層瓦斯滲透率及其與應力-應變的關係
  1.2  低透氣性煤層強化抽采技術研究現狀
  1.3  水力化煤層增滲技術的研究現狀
    1.3.1  水力化儲層增滲技術在石油、天然氣等行業的研究現狀
    1.3.2  煤層增滲與油層增滲的關係
    1.3.3  水力化煤層增滲技術在國內的研究進展
第2章  含瓦斯煤體的結構與滲流性能
  2.1  煤體結構
    2.1.1  非破壞煤的結構
    2.1.2  破壞煤的結構
  2.2  煤的裂隙
  2.3  煤的孔隙
  2.4  煤層瓦斯的運移
    2.4.1  瓦斯的吸附-解吸過程
    2.4.2  擴散過程
    2.4.3  達西流
    2.4.4  煤的吸附瓦斯變形特性
  2.5  煤體的滲透性
    2.5.1  煤層滲透性的表徵
    2.5.2  煤層滲透率隨應力-應變的演化特徵
第3章  旋轉射流理論及其破煤岩機理
  3.1  淹沒自由旋轉射流的基本理論
    3.1.1  旋轉射流的產生和旋流數
    3.1.2  旋轉射流的速度場和壓力場
    3.1.3  旋轉射流的理論近似
  3.2  鑽孔內淹沒自由旋轉射流速度理論解
    3.2.1  旋轉射流在鑽孔內的流動條件假設
    3.2.2  微分控制方程
    3.2.3  動量通量和角動量矩通量方程
    3.2.4  鑽孔中射流速度求解自相似運動的積分形式表述
    3.2.5  射流邊界的確定
  3.3  受限淹沒條件下旋轉射流的速度結構特點
    3.3.1  三維時均速度分佈規律
    3.3.2  時均速度的自相似性質
    3.3.3  旋轉射流動力學運動特點
  3.4  高壓旋轉水射流破岩過程
    3.4.1  旋轉水射流破岩特點
    3.4.2  旋轉水射流孔底流場分佈
  3.5  高壓旋轉水射流破岩機理
  3.6  旋轉水射流破岩效果的影響因素
  3.7  三維高壓旋轉水射流擴孔煤層增滲力學機制
    3.7.1  水射流擴孔后鑽孔的空間幾何形態
    3.7.2  煤層段擴孔后塑性區分佈的理論計算
    3.7.3  穿層鑽孔煤層段擴孔后塑性區的FLAC3D數值分析
  3.8  高壓旋轉水射流割縫煤層增滲機理

第4章  三維旋轉水射流流場的數值模擬
  4.1  高壓旋轉水射流噴嘴的設計
    4.1.1  噴嘴結構設計
    4.1.2  旋流強度設計
    4.1.3  葉輪結構設計
  4.2  模擬軟體PERAANSYS簡介
  4.3  模型的建立
    4.3.1  葉輪導向角優化模擬方案
    4.3.2  噴頭結構優化模擬方案
  4.4  控制方程及邊界條件
    4.4.1  淹沒射流方程
    4.4.2  非淹沒射流方程
    4.4.3  計算條件設置
    4.4.4  三維旋轉水射流流速分佈特徵
  4.5  數值模擬結果分析
  4.6  旋轉水射流噴嘴性能的實驗室測試
    4.6.1  實驗室水射流試驗系統
    4.6.2  製備試驗樣品
    4.6.3  試驗方案
    4.6.4  試驗結果分析
第5章  「點」式定向水力壓裂增滲機理與工藝
  5.1  「點」式定向水力壓裂技術的基本原理
    5.1.1  不同破壞煤體的起裂條件
    5.1.2  不同埋深煤層裂紋擴展方向
    5.1.3  煤層原生裂隙對裂紋擴展的影響
    5.1.4  煤岩界面的裂紋擴展特徵
    5.1.5  控制孔的「鬆動圈」效應
    5.1.6  非對稱孔隙壓力的導向作用
    5.1.7  「點」式定向水力壓裂的過程
  5.2  「點」式定向水力壓裂數值模擬
    5.2.1  流–固耦合模型並行有限元分析系統簡介
    5.2.2  順層鑽孔「點」式定向水力壓裂的RFPA3D-Flow模擬
    5.2.3  穿層鑽孔「點」式定向水力壓裂的三維並行模擬研究
  5.3  「點」式定向水力壓裂現場工藝
    5.3.1  「點」式定向水力壓裂的工程意義
    5.3.2  順層鑽孔「點」式定向水力壓裂工藝
    5.3.3  穿層鑽孔「點」式定向水力壓裂工藝
    5.3.4  「點」式定向水力壓裂的選層
    5.3.5  注入水壓的預測與設計
    5.3.6  其他參數設計
    5.3.7  封孔方法
    5.3.8  「點」式定向水力壓裂典型曲線
  5.4  「點」式定向水力壓裂裝備
    5.4.1  封孔器
    5.4.2  移動式高壓泵站
第6章  水射流與水力壓裂聯作增滲機理
  6.1  小直徑穿層鑽孔水力壓裂的理論分析
    6.1.1  小直徑鑽孔水力壓裂裂隙的起裂與擴展
    6.1.2  小直徑鑽孔水力壓裂裂隙擴展的影響因素
  6.2  水射流擴孔后定向壓裂裂隙的起裂機理

    6.2.1  水射流擴孔對水力壓裂裂隙擴展的影響
    6.2.2  水射流擴孔后控制孔的定嚮導控作用機理
  6.3  三維旋轉水射流與水力壓裂聯作增滲數值分析
    6.3.1  模擬軟體簡介
    6.3.2  物理模型
    6.3.3  數值分析方案
    6.3.4  數值模擬結果分析
第7章  三維旋轉水射流擴孔(割縫)裝備研製及地面聯機試驗
  7.1  煤礦現場用噴嘴的設計原理
  7.2  組合高壓旋轉水射流噴頭及噴嘴
  7.3  螺旋輔助排渣高壓鑽桿
  7.4  迴轉式高壓旋轉接頭
  7.5  高壓水泵及配套裝置
  7.6  井下高壓水射流作業遠程監測與控制系統
  7.7  井下高壓旋轉水射流擴孔(割縫)系統
    7.7.1  井下高壓旋轉水射流擴孔(割縫)系統的組成
    7.7.2  系統研製期間取得的專利
    7.7.3  井下移動高壓水力泵站系統樣機地面聯機調試
第8章  三維旋轉水射流與水力壓裂聯作增滲技術在瓦斯抽采中的應用
  8.1  三維旋轉水射流與水力壓裂聯作增滲工藝
  8.2  三維旋轉水射流擴孔與水力壓裂聯作增滲工藝流程
  8.3  增滲效果考察方法
  8.4  不同增滲技術在煤礦瓦斯抽采中的應用
    8.4.1  三維旋轉水射流擴孔技術的現場應用
    8.4.2  控制孔導控定向水力壓裂技術的現場應用
    8.4.3  水射流擴孔與周邊孔壓裂聯作增滲技術的現場應用
    8.4.4  控制孔導控下水射流擴中心孔后定向水力壓裂技術的現場應用
參考文獻

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