松软突出煤层瓦斯抽放钻孔钻杆内孔气力排屑机理

发布时间：2017-05-20 08:05

  本文关键词：松软突出煤层瓦斯抽放钻孔钻杆内孔气力排屑机理，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对松软突出煤层顺层瓦斯钻孔过程中存在的煤屑运移阻力大、容易沉积堆积造成堵孔、钻孔深度浅等问题,将钻井工程中常用的气举反循环技术应用于松软突出煤层顺层瓦斯钻孔的施工中,对气力反循环经钻杆内孔排屑的气力排屑机理进行研究。首先,应用连续介质理论和数学方法建立气力排屑过程中气体和煤粉颗粒群的两相流模型,包括了连续性方程、动量方程和能量方程。建立煤粉颗粒群运动速度与气流速度之间的数学模型,并由这些模型得到气力输送设计计算和实验研究的主要工艺参数,包括了料气输送比、气流速度、颗粒粒径等。其次,基于欧拉双流体模型对瓦斯抽放钻孔钻杆内孔气力排屑进行仿真模拟,应用Fluent软件进行网格划分和数值求解。得出气相-空气,固相-煤粉在管内的运动状态。分析在不同入口压力、流速、颗粒粒度和浓度情况下输送压力损失和煤粉运动的机理。结果表明,在水平钻孔钻进过程中,煤屑在反循环气力作用下,气流速度在钻杆内孔中上部比较稳定,而在钻杆内孔下部靠近内壁处的气流速度明显下降且小于中心区域;在同一位置输送浓度越大,气流速度也越大;在输送浓度不变的情况下,随着气流速度的增大压力损失也增大。最后,设计气力输送实验装置,测试了在不同入口气速、输送量、料气比及粒径大小情况下管道内压降的实验数据。并且,使用高速摄像机拍摄了管道内部煤粉输送过程的运动状态。对瓦斯抽放钻孔气力排屑的理论分析及仿真模拟进行了验证。
【关键词】：松软突出煤层 瓦斯抽放钻孔 反循环 压力损失 气流速度
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 国内外现状11-17
• 1.3 主要研究内容17
• 1.4 本章小结17-19
• 2 钻杆内孔气力排屑理论研究19-33
• 2.1 气力输送理论19-22
• 2.2 煤粉颗粒群运移分析22-25
• 2.2.1 煤粉颗粒群均匀悬浮运动22-23
• 2.2.2 煤粉颗粒群的压损23-25
• 2.3 钻杆内孔气力排屑模型25-32
• 2.3.1 连续介质力学模型25-27
• 2.3.2 双流体模型27-29
• 2.3.3 湍流流动29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 钻杆内孔气力排屑仿真模型33-43
• 3.1 FLUENT软件简介33
• 3.2 创建几何模型和网格模型33-36
• 3.2.1 几何建模33-34
• 3.2.2 网格划分34-36
• 3.3 求解器设置及操作条件36-38
• 3.3.1 求解器设置37
• 3.3.2 操作条件设置37-38
• 3.4 计算模型的选择与设置38-40
• 3.4.1 多相流模型38-40
• 3.4.2 能量方程40
• 3.4.3 湍流模型40
• 3.5 设置材料和各相属性40
• 3.6 设置边界条件40-41
• 3.6.1 气相边界条件40-41
• 3.6.2 固相边界条件41
• 3.7 设置求解参数41-42
• 3.8 本章小结42-43
• 4 仿真结果与分析43-57
• 4.1 两相浓度分布43-47
• 4.1.1 气相浓度分布43-45
• 4.1.2 固相浓度分布45-47
• 4.2 两相速度分布47-54
• 4.2.1 气相速度分布47-51
• 4.2.2 固相速度分布51-54
• 4.3 两相压力损失54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 瓦斯抽放钻孔钻杆内孔气力排屑实验研究57-73
• 5.1 实验系统设计57-60
• 5.1.1 动力源57
• 5.1.2 供料装置57-58
• 5.1.3 输送管道58
• 5.1.4 除尘与物料回收58
• 5.1.5 数据测量装置58-60
• 5.2 实验操作方法60-61
• 5.2.1 启动工作操作过程60
• 5.2.2 停止工作操作过程60-61
• 5.3 实验分析61-71
• 5.3.1 煤粉堆积密度测量61
• 5.3.2 煤粉平均粒径测量61-63
• 5.3.3 煤粉输送量计算63-64
• 5.3.4 水平管输送实验64-67
• 5.3.5 煤粉运移规律67-71
• 5.4 本章小结71-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 主要结论73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 作者简历79-81
• 学位论文数据集81

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