高压水射流破煤岩实验研究

发布时间：2017-05-05 18:16

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【摘要】：高压水射流技术的钻进速度快,成本低,钻进过程中无火花,可以有效解决我国煤层气开采中成本高、对储层污染严重等难题。目前高压水射流煤层钻孔的现场应用比较多,但是关于高压水射流破煤岩效率的影响因素方面的研究仍不够完善。这是由于煤岩非均质性较强,容易发生垮塌,因此利用真实煤岩进行高压水射流煤层钻孔室内物理模拟方面的研究成果较少,而且绝大部分是利用水泥、沙、煤粉按一定比例配制成的型煤进行的研究,所配制成的型煤与真实煤岩差距大,难以准确的反映高压水射流煤层钻孔的真实情况。另外,磨料射流技术虽然目前也被应用到了煤层的钻孔中,但是没有学者对磨料浓度这一关键射流参数对煤层钻孔的影响规律作深入的研究。 针对上述问题,本文在前人研究成果的基础上,基于高压水射流技术理论,综合利用石油与天然气工程、机械工程、工程流体力学、岩石力学等领域的知识,对高压水射流破煤岩过程进行了仿真,且研制出了适合于室内模拟高压水射流破煤岩的实验装置,并通过实验对多因素影响条件下高压水射流煤层钻孔深度和孔径进行了分析。主要取得了以下成果： (1)模拟出了破碎坑形成的演化过程,弄清了煤岩体的破碎过程及导致其破碎的主要原因。 (2)研制出了适合于室内模拟高压水射流破煤岩的实验装置,提高了前混式磨料射流系统的控砂精度。 (3)得到了高压水射流在煤层中所形成孔的形态特征,对现场井壁支撑工具下入的参数设计具有一定的指导意义。 (4)得出了各因素对高压水射流破煤岩效率的影响规律,并以孔径和孔深为目标函数得到了一组最佳射流参数组合,为现场高压水射流煤层钻孔的施工参数设计提供了设计依据。
【关键词】：水射流 煤层钻孔 仿真 实验研究
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD231.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-12
• 1.1 研究目的与意义7-8
• 1.2 高压水射流破煤岩国内外研究现状8-10
• 1.2.1 高压水射流数值模拟研究现状8
• 1.2.2 高压水射流在煤层钻孔中研究现状8-10
• 1.3 本文研究方法和思路10-11
• 1.4 本文主要完成内容和创新点11-12
• 1.4.1 主要完成内容11
• 1.4.2 主要创新点11-12
• 第2章 高压水射流破煤机理分析12-28
• 2.1 高压水射流概述12-13
• 2.1.1 高压水射流类型12-13
• 2.1.2 高压水射流结构特点13
• 2.2 高压水射流破煤岩微观机理13-15
• 2.3 高压水射流破煤岩过程仿真15-26
• 2.3.1 有限元软件LS-DYNA简介15-16
• 2.3.2 高压水射流破煤岩仿真模型建立16-19
• 2.3.3 煤岩体破碎坑形成过程演化19-23
• 2.3.4 煤岩体损伤破碎机理分析23-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 高压水射流破煤岩实验装置研制28-45
• 3.1 现有高压水射流室内实验装置28-30
• 3.2 整体流程设计30-31
• 3.3 喷射单元结构参数设计31-34
• 3.3.1 喷头组件31-32
• 3.3.2 进给装置32-34
• 3.4 动力单元参数设计34
• 3.5 高压胶管内径确定34
• 3.6 煤岩夹持单元研制34-37
• 3.6.1 设计思路34-35
• 3.6.2 各部件设计35-37
• 3.7 磨料供给单元研制37-43
• 3.7.1 磨料供给单元结构参数设计37-39
• 3.7.2 磨料供给单元改进39-43
• 3.8 本章小结43-45
• 第4章 高压水射流煤层钻孔实验研究45-59
• 4.1 实验准备及步骤45-47
• 4.1.1 设备与材料准备45
• 4.1.2 煤样制备45-46
• 4.1.3 实验操作步骤46-47
• 4.2 实验方案设计47-49
• 4.2.1 实验目的47
• 4.2.2 实验因素及水平数确定47-48
• 4.2.3 实验次序的正交设计48-49
• 4.3 实验结果处理与分析49-57
• 4.3.1 正交实验数据获取49-50
• 4.3.2 孔的形态特征定性分析50-52
• 4.3.3 各表征参数的影响因素分析52-57
• 4.4 本章研究成果对现场应用的指导作用57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 结论与建议59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果64

【参考文献】

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本文编号：346863