本书系统地论述了水力化煤层增透理论、技术及系统装备，内容包括高压水射流冲击动力学特性，破岩增透理论，煤层水力压裂起裂机理、裂缝扩展规律，射流割缝复合水力压裂裂缝起裂及扩展理论、技术装备和工程应用。全书共分7章，分别为绪论、高压水射流造缝增透理论、成套装备、增透技术、煤矿井下水力压裂增透技术、射流割缝复合水力压裂增透技术和煤矿井下射流割缝复合水力压裂现场应用。书中囊括了著者所在的国家创新研究群体和教育部创新研究团队近10年的研究成果。
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前言
第1章 绪论1
1.1 概述1
1.2 煤层气资源概况及开发现状3
1.2.1 国外煤层气的资源分布和开发现状3
1.2.2 我国煤层气资源情况及储层特点5
1.3 国内外煤层增透理论与技术研究现状7
1.3.1 钻孔卸压增透法7
1.3.2 高能液体扰动卸压增透法7
1.3.3 爆生气体扰动卸压增透技术10
1.4 水力化增透理论与技术10
1.4.1 水射流增透技术11
1.4.2 水力压裂技术12
1.5 煤矿井下水力化增透技术展望15
1.5.1 水力化增透理论15
1.5.2 水力化增透技术多元化发展16
1.5.3 水力化增透装备智能化发展17
1.6 参考文献18
第2章 高压水射流造缝增透理论20
2.1 水射流冲击动力学理论20
2.1.1 水射流基本理论21
2.1.2 水射流结构特征22
2.1.3 水射流冲击特征27
2.2 高压水射流瞬态动力学特性43
2.2.1 水射流冲击靶板的实验方案设计43
2.2.2 水射流冲击靶板的数值模拟研究53
2.2.3 水射流冲击靶板的过程分析63
2.2.4 水射流冲击靶板后的流体运动状态分析78
2.2.5 射流速度对冲击特性的影响分析86
2.2.6 水射流形状对冲击特性的影响分析98
2.2.7 靶板角度对冲击特性的影响分析100
2.3 高压水射流冲击破碎岩石机理研究101
2.3.1 水射流冲击破岩机理分析102
2.3.2 水射流破岩实验研究111
2.4 高压水射流导引钻头破硬岩机理研究140
2.4.1 高压水射流导引钻头破硬岩方法140
2.4.2 高压水射流导引钻头破硬岩机理143
2.4.3 高压水射流导引钻头破硬岩实验158
2.5 高压水射流增透抽采理论163
2.5.1 高压水射流冲击煤体动态损伤特征163
2.5.2 高压水射流造缝卸压效应164
2.5.3 空化声震效应强化瓦斯解吸渗流机理178
2.5.4 高压水射流造缝对煤层渗透率的影响188
2.6 参考文献194
第3章 高压水射流造缝增透成套装备198
3.1 高压水射流造缝增透成套装备组成198
3.2 磨料射流辅助破硬岩钻头198
3.2.1 磨料射流导引钻头研制198
3.2.2 磨料射流导引钻头穿硬岩层钻进工艺200
3.3 自动切换式切缝器202
3.3.1 煤层割缝器喷嘴结构设计203
3.3.2 割缝器喷嘴布置方式优化设计203
3.4 高压密封输水器206
3.5 高压密封钻杆208
3.5.1 高压水密封钻杆208
3.5.2 高压密封双动力螺旋排渣钻杆209
3.6 气渣分离装置210
3.7 参考文献212
第4章 高压水射流网格化造缝增透技术214
4.1 高压水射流造缝增透关键参数214
4.1.1 破煤岩压力214
4.1.2 破煤岩流量217
4.1.3 喷嘴直径220
4.1.4 喷嘴转速和切割时间222
4.1.5 抽采半径225
4.1.6 割缝工艺229
4.2 工程应用231
4.2.1 快速石门揭煤技术231
4.2.2 穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯技术239
4.2.3 煤巷掘进钻割一体化技术242
4.2.4 顺层钻孔预抽煤层瓦斯技术246
4.3 参考文献248
第5章 煤矿井下水力压裂增透技术249
5.1 不同类型煤体的起裂机理249
5.1.1 适用于水力压裂的煤体结构划分249
5.1.2 原生结构煤体的起裂机理252
5.1.3 碎裂结构煤体的起裂机理256
5.1.4 碎粒及糜棱结构煤体的起裂机理260
5.2 煤层水压裂缝扩展规律266
5.2.1 天然裂缝对煤层水压裂缝扩展的影响267
5.2.2 煤岩交界面对煤层水压裂缝扩展的影响274
5.2.3 断层对煤层水压裂缝扩展的影响283
5.3 参考文献293
第6章 煤矿井下射流割缝复合水力压裂增透技术294
6.1 射流割缝复合水力压裂裂缝起裂机理294
6.1.1 射流割缝复合水力压裂煤体起裂准则294
6.1.2 射流割缝降低煤层起裂压力研究298
6.1.3 射流割缝与未割缝压裂起裂压力数值分析302
6.1.4 射流割缝复合水力压裂裂缝起裂位置307
6.2 射流割缝复合水力压裂裂缝扩展规律310
6.2.1 射流割缝复合水力压裂裂缝扩展规律分析310
6.2.2 射流割缝复合水力压裂裂缝扩展数值分析315
6.3 射流割缝复合水力压裂增透机理317
6.3.1 水压裂缝闭合机理317
6.3.2 水压裂缝内瓦斯渗流规律324
6.3.3 射流割缝复合水力压裂瓦斯富集规律327
6.4 煤层清洁压裂液增透抽采机理研究329
6.4.1 压裂液研究现状329
6.4.2 清洁压裂液性能330
6.4.3 清洁压裂液促进煤层瓦斯渗流331
6.4.4 清洁压裂液增加煤层瓦斯抽采机理336
6.5 煤矿井下射流割缝复合水力压裂工艺与装备340
6.5.1 射流割缝复合水力压裂钻孔布孔原则340
6.5.2 钻孔施工安全防护装置研制342
6.5.3 射流割缝复合水力压裂钻孔封孔材料及工艺348
6.5.4 井下射流割缝复合水力压裂设备优选及改造355
6.5.5 井下射流割缝复合水力压裂施工参数优化设计359
6.5.6 井下射流割缝复合水力压裂施工工艺要点360
6.6 煤矿井下射流割缝复合水力压裂评价方法361
6.6.1 瞬变电磁法361
6.6.2 瓦斯含量法365
6.7 参考文献368
第7章 煤矿井下射流割缝复合水力压裂现场应用370
7.1 射流割缝复合水力压裂与常规压裂对比试验370
7.1.1 试验地点概况370
7.1.2 压裂孔布置方案371
7.1.3 试验结果分析373
7.2 石门揭煤射流割缝复合水力压裂增透抽采技术376
7.2.1 石门揭煤射流割缝复合水力压裂增透抽采技术概述376
7.2.2 石门揭煤射流割缝复合水力压裂现场试验376
7.3 掘进条带射流割缝复合水力压裂增透抽采技术387
7.3.1 掘进条带射流割缝复合水力压裂增透抽采技术概述387
7.3.2 掘进条带射流割缝复合水力压裂现场试验388
7.4 本煤层射流割缝复合水力压裂增透抽采技术398
7.4.1 本煤层射流割缝复合水力压裂增透抽采技术概述398
7.4.2 本煤层射流割缝复合水力压裂现场试验399
7.5 参考文献405
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