基于改进格林元的压裂水平井动态分析方法

以建立高效的动态分析方法为出发点，以边单元作为求解点，改进传统的格林元方法，减少未知数和求解矩阵维度；并提出基于改进格林元的加密网格加密方法，保证考虑复杂裂缝网络的压裂水平井动态模拟的早期精度.退化模型与半解析解、数值模拟结果进行对比，验证本文基于加密网格的改进格林元方法的准确性和动态分析的高效性.最后进行动态响应的敏感性分析，结果表明：①格林元方法是一种高精度的动态模拟方法，将求解节点设置在网格的边上可以提高压裂水平井动态模拟的速度；②改进格林元方法的加密基于叠加原理，不需要通过插值近似，其求解精度高.在相同加密网格条件下，基于本文改进格林元方法的加密效果比有限差分加密效果更佳；③复杂裂缝导流能力、改造区渗透率提高倍数、改造区大小等参数对压裂水平井动态特征影响较大，在动态分析和参数反演时，应着重考虑这些因素的影响.     

微型燃料电池制备及其微通道摩擦性能的研究

阐述了微型燃料电池的制备过程,结合传统燃料电池数学理论和微流体力学,建立了微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)的数学模型,分析了微通道特性(如摩擦系数和水力直径等)对微型燃料电池性能的影响.结果表明:运用Fluent软件对模型进行计算的仿真结果与公开实验数据基本符合,验证了模型正确性;而传统模型的仿真结果小于真实值;当气道的水力直径Dh从348降至100时,电池性能有所上升;而当Dh值降至61.1时,其性能有所下降.     

浆体管道输送水击压力波波速的探讨

 在考虑自由气体存在的影响下，推导出浆体水击压力波波速的 计算公式.分析表明很少量的气体存在会使波速明显降低. 气体体积 浓度较大时波速随浆体浓度的增大而减小，重质物料的减小趋势较 为明显；气体体积浓度较小时轻质物料波速随浓度的增加而增加. 相同条件下非均质流波速比伪均质流波速大，两者差异主要受浆体 中固体物料的密度和浆体体积浓度影响. 考虑气体影响作用的浆击 波速计算值与实测结果更吻合.     

煤层底板原位综合测试及突水危险性评估

在实施井下钻孔水压致裂地应力测量的同时,评价岩层阻水性能,确定导升带高度,做到一孔多用。测试区实际观测表明,泥岩、粉砂岩、中砂岩、灰岩阻水性能由大到小,导升高度则由小变大,平均导升高度约32m; 地应力测量表明,该测试区原始地应力状态为SH＞Sv＞Sh,最大水平主应力方向NE至NEE。突水临界指数评价表明,-550m水平采煤工作面掘进时突水的可能性较大,应当采取防范措施。     

几种水机常用金属材料的冲蚀磨损性能研究

研究了在水力机械中普遍应用的铸铁(HT200)、中碳结构铸钢(40#)、不锈钢(1Cr18Ni9Ti)和高铬铸铁(KmTBCr26)4种材料的冲蚀磨损规律,得出了材料的冲蚀磨损率随磨损时间、冲蚀速度、磨粒浓度和粒径变化的规律,同时根据观察材料冲蚀磨损表面形貌探讨了其冲蚀磨损机理.结果表明:材料的冲蚀磨损性能受到材料基本机械性能的控制,其中高硬度材料的抗冲蚀性能较好,在相同试验条件下其磨损率由大到小排列顺序为HT200＞40#＞1Cr18Ni9Ti＞KmTBCr26;4种材料的冲蚀磨损率随磨粒粒径、浆料浓度和磨粒冲击速度的变化规律基本一致,当磨粒粒径小于425 μm时,磨粒粒径对KmTBCr26和1Cr18Ni9Ti的磨损率影响很小;金属材料的组织结构对材料的冲蚀磨损性能和机理影响较大,其中KmTBCr26和1Cr18Ni9Ti的冲蚀磨损机理以脆性断裂、破裂及颗粒脱落为主,而HT200和40#的冲蚀磨损机理以选择性切削式冲蚀磨损为主.     

转向剂形成人工应力遮挡的实验研究及有限元分析

针对水力压裂过程中采用的人工应力遮挡控制缝高技术,通过室内物理模拟实验,在转向剂浓度一定的条件下考虑携带液与地层压差、渗流量、时间等因素,采用电测法对人工岩芯表面应变进行了测试;利用非线性有限元方法对裂缝尖端应力进行计算,研究了转向剂形成人工应力遮挡的作用效果。结果表明采用转向剂可以建立3~4MPa的人工应力遮档,对采用转向剂的压裂设计和施工参数提出了建议。     

页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000,m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践, 深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础, 同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值.      

水力劈裂问题的态型近场动力学建模

将态型近场动力学理论引入水力劈裂问题的模拟。构建了能反映岩土类材料准脆性断裂特征的态型近场动力学本构模型,并在物质点间相互作用力模型中加入等效水压力项,以实现在新生裂纹面上跟踪施加水压力。同时,考虑裂纹面间的接触,引入物质点间的短程排斥力作用,并设计了相应的接触算法。通过自编程序将模型和算法应用于含初始裂纹、不含初始裂纹以及含坝基软弱结构面的混凝土重力坝在高水头作用下的水力劈裂过程模拟,并与扩展有限元等模拟结果对比,验证了本文模型和算法的可行性和准确性。     

页岩气高效开采的可压裂度和射孔簇间距预测

页岩储层的可压裂性是影响页岩气产量的关键因素. 本文基于断裂力学理论, 以高围压下岩石层理弱面的剪切破坏为主要研究对象, 依据岩石抗拉强度和层理弱面抗剪强度的比值关系, 首先提出了可压裂度的概念, 给出了无量纲的定性曲线图, 涵盖了岩石脆性矿物质含量, 粘性主导和韧性主导裂缝尖端流体压强、射孔簇分布间距的综合地质与工程因素. 接着提出了一种新的表征高围压下页岩可压裂度的无量纲参数, 在保证达到充分解吸附的最小压裂间距前提下, 依据该参数可计算水平井压裂中的射孔簇间距, 可作为工程参考指标. 本文将断裂力学理论结合水力压裂高效开采页岩气工程, 具有力学理论意义和工程应用前景.