原位改性流體化采礦導論

目錄
前言
第1章 引論 1
1.1 礦產(chǎn)資源與能源 1
1.2 原位改性流體化采礦 4
第2章 演變多孔介質(zhì)傳輸物性規(guī)律 9
2.1 演變多孔介質(zhì)分類和演變機理 9
2.2 THMC耦合作用在線試驗機 13
2.2.1 固體傳壓巖體高溫高壓三軸在線試驗機研制 14
2.2.2 氣體傳壓高溫高壓三軸THMC耦合作用試驗臺研制 18
2.2.3 液體傳壓高溫真三軸試驗機研制 19
2.2.4 高溫三軸-CT在線微型三軸試驗機研制 19
2.3 多孔介質(zhì)滲流物性方程 21
2.3.1 Darcy定律 21
2.3.2 單一裂縫滲流定律 23
2.3.3 應力與孔隙壓作用下的滲流特征 24
2.3.4 三維應力下裂縫滲透系數(shù)的實驗 25
2.3.5 滲透率與巖石細觀結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)律 27
2.3.6 吸附性氣體的滲流規(guī)律 29
2.4 有效應力規(guī)律 30
2.5 熱力（TM）耦合作用特性 31
2.6 THMC耦合作用的礦巖特性 37
2.6.1 THM耦合作用的巖石滲透特性 37
2.6.2 氣煤熱解的THMC耦合作用規(guī)律 39
2.6.3 褐煤熱解的THMC耦合作用規(guī)律 40
2.6.4 油頁巖熱解的THMC耦合作用規(guī)律 42
2.6.5 鈣芒硝鹽巖溶解滲透力學特性 43
第3章 礦層原位改性的技術(shù)原理 46
3.1 礦層改性逾滲理論 46
3.1.1 逾滲現(xiàn)象 47
3.1.2 孔隙裂隙雙重介質(zhì)逾滲研究方法 49
3.1.3 二維孔隙裂隙介質(zhì)連通概率分析 53
3.1.4 三維孔隙裂隙介質(zhì)連通概率分析 55
3.2 礦層壓裂改性、卸壓破裂改性原理 59
3.2.1 礦層壓裂改性原理 59
3.2.2 礦層卸壓破裂改性原理 61
3.3 熱破裂增透改性原理 62
3.3.1 花崗巖與長石細砂巖的主要成分和顯微CT細觀結(jié)構(gòu) 62
3.3.2 細砂巖熱破裂與滲透率隨溫度變化特征 64
3.3.3 花崗巖熱破裂與滲透率隨溫度變化規(guī)律 66
3.4 礦層溶解增透改性原理 67
3.5 礦層熱解改性原理 70
3.5.1 油頁巖熱解改性原理 70
3.5.2 煤熱解增透改性原理 74
3.6 煤炭地下氣化、鹽礦水溶開采原理 81
3.6.1 煤炭地下氣化原理 81
3.6.2 鹽礦水溶開采原理 83
3.7 礦層改造開采井網(wǎng)建造方法 84
3.7.1 壓裂連通理論與技術(shù) 84
3.7.2 定向井連通建造開采井網(wǎng)技術(shù) 93
第4章 演變多孔介質(zhì)傳輸理論 96
4.1 裂隙介質(zhì)固流熱耦合數(shù)學模型與求解 96
4.1.1 物理基礎(chǔ) 96
4.1.2 裂隙介質(zhì)固流熱耦合數(shù)學模型 97
4.1.3 求解策略與計算程序設(shè)計 101
4.2 殘留骨架熱解開采的固流熱化學耦合數(shù)學模型 102
4.2.1 氣液兩相混合物滲流方程 103
4.2.2 熱量傳輸方程 104
4.2.3 巖體變形方程 105
4.2.4 殘留骨架的熱解改性采礦的固流熱化學耦合數(shù)學模型 105
4.3 殘留骨架溶浸開采的固流熱化學耦合數(shù)學模型 106
4.3.1 溶解傳輸?shù)念w粒模型 106
4.3.2 殘留骨架溶浸開采的THMC耦合數(shù)學模型 109
4.4 無殘留骨架溶浸開采的THMC耦合數(shù)學模型 110
4.5 無殘留骨架氣化開采的擴散-流動-傳熱耦合數(shù)學模型 113
第5章 煤層氣原位改性開采 115
5.1 低滲透煤層原位改性強化煤層氣抽采的技術(shù)原理 115
5.2 煤層的水力壓裂技術(shù) 116
5.3 低滲透儲層CO2壓裂改性強化抽采煤層氣 118
5.4 低滲透儲層水力割縫改性強化抽采煤層氣 122
5.4.1 水力割縫抽采煤層氣的數(shù)值分析 123
5.4.2 水力割縫成套裝備的研制 126
5.4.3 水力割縫強化本煤層煤層氣抽采的工業(yè)應用 127
5.5 低滲透煤層注熱改性強化煤層氣開采 129
5.5.1 溫度作用下煤層氣吸附-解吸特性的實驗研究 129
5.5.2 低滲透煤層注熱改性開采煤層氣的技術(shù)與工藝 132
5.5.3 注熱開采煤層氣的技術(shù)經(jīng)濟分析 135
第6章 鹽類礦床原位溶浸開采與油氣儲庫建造 137
6.1 單井對流溶浸改性開采技術(shù) 138
6.2 雙井對接連通溶浸改性開采技術(shù) 141
6.3 單井水平后退式溶浸開采技術(shù) 142
6.3.1 正循環(huán)溶浸時注水量的影響分析 144
6.3.2 溶浸過程中腔體形狀、流場、濃度場及溫度場變化 148
6.4 易溶硫酸鈉礦床群井致裂控制水溶開采技術(shù)與工程 150
6.4.1 群井致裂技術(shù) 151
6.4.2 運城鹽湖深層硫酸鈉礦床 153
6.4.3 礦層控制水壓致裂 155
6.4.4 S井網(wǎng)群井致裂控制水溶開采工業(yè)實施 157
6.4.5 易溶鹽礦群井控制水溶開采實施技術(shù) 160
6.5 難溶鈣芒硝礦床壓力溶浸控制水溶開采技術(shù)與工程 161
6.5.1 四川彭山同慶南風公司鈣芒硝礦床地質(zhì)特征 161
6.5.2 工業(yè)試驗技術(shù)方案 164
6.5.3 群井致裂與溶采試驗 165
6.5.4 鈣芒硝礦原位水溶開采小規(guī)模工業(yè)應用 167
6.6 鹽巖溶腔油氣儲庫建造技術(shù)及理論基礎(chǔ) 167
第7章 油頁巖原位熱解改性開采 172
7.1 油頁巖熱解機理 174
7.2 油頁巖地下原位傳導加熱開采技術(shù) 177
7.3 油頁巖原位注蒸汽開采技術(shù)研究 183
7.3.1 MTI技術(shù) 183
7.3.2 大塊油頁巖水蒸氣熱解試驗研究 186
7.3.3 油頁巖原位注蒸汽開采的數(shù)值模擬 191
7.4 大尺度油頁巖試樣水蒸氣熱解中試研究 197
7.4.1 試驗系統(tǒng) 197
7.4.2 試驗方案及試驗過程描述 198
7.4.3 熱解過程中溫度場分布及變化特征 199
7.4.4 熱解過程孔隙壓力變化特征 201
7.4.5 油頁巖熱解過程熱破裂聲發(fā)射檢測與破裂特征 203
7.4.6 油頁巖熱解過程中變形特征 204
7.4.7 油頁巖熱解過程熱能利用和余熱分析 205
7.4.8 蒸汽熱解開采區(qū)油頁巖特征及回采率分析 207
7.4.9 原位注水蒸氣熱解開采的產(chǎn)物分析 209
7.5 新疆博格達山油頁巖原位注蒸汽開采的示范工程方案 210
7.5.1 設(shè)計方案 211
7.5.2 鍋爐主要設(shè)計性能參數(shù) 211
7.5.3 開發(fā)礦層條件及井網(wǎng)布置 212
7.5.4 低溫余熱發(fā)電系統(tǒng) 213
7.5.5 主要技術(shù)經(jīng)濟指標 214
7.6 油頁巖原位氣體加熱技術(shù) 216
7.6.1 雪弗龍公司（Chevron）的CRUSH技術(shù) 216
7.6.2 美國頁巖油公司（AMOS）的EGL技術(shù) 216
7.6.3 美國地球探測公司（Petroprobe）的空氣加熱技術(shù) 217
7.6.4 西山能源公司（MWE）的IVE技術(shù) 218
7.7 油頁巖原位輻射和燃燒加熱干餾技術(shù) 219
7.7.1 輻射加熱技術(shù) 219
7.7.2 燃燒干餾技術(shù) 220
第8章 放射性及有色金屬礦產(chǎn)原位改性開采 222
8.1 鈾礦原位改性開采 222
8.1.1 鈾礦的資源特征 222
8.1.2 鈾礦原位改性溶浸開采中的化學反應 223
8.1.3 鈾礦原位改性溶浸開采工藝 223
8.2 銅的原位改性開采 226
8.2.1 銅礦的資源特征 226
8.2.2 銅礦原位改性開采中的化學過程 227
8.2.3 銅礦原位改性流體化開采工藝 230
8.3 金礦的原位改性流體化開采 233
8.3.1 中國金礦的資源特征 233
8.3.2 金礦溶解化學反應 234
8.3.3 金礦鉆孔地浸法 234
第9章 天然氣水合物原位改性開采 237
9.1 概述 237
9.1.1 天然氣水合物 237
9.1.2 全球資源分布 238
9.1.3 中國的天然氣水合物藏分布及特征 240
9.2 開采方法 241
9.2.1 天然氣水合物儲藏方式及開采方法 242
9.2.2 天然氣開采研究現(xiàn)狀 244
9.3 多孔介質(zhì)水合物的結(jié)構(gòu)特征CT實驗研究 246
9.3.1 多孔介質(zhì)水合物結(jié)構(gòu)CT實驗 246
9.3.2 多孔介質(zhì)水合物結(jié)構(gòu)特征 248
9.4 多孔介質(zhì)水合物分解過程多孔骨架的變形特征 250
9.4.1 粒徑1.18～2.8mm多孔介質(zhì)水合物的分解 250
9.4.2 粒徑2.8～4.75mm多孔介質(zhì)水合物的分解 251
9.4.3 粒徑0.85～1.18mm多孔介質(zhì)水合物的分解 252
9.4.4 水合物分解引起的變形 252
9.5 多孔介質(zhì)水合物原位分解溫度場分布實驗 254
9.5.1 材料與實驗儀器 255
9.5.2 甲烷水合物的形成 256
9.5.3 水合物減壓分解過程中的溫度變化 256
第10章 低變質(zhì)煤原位注熱脫水提質(zhì)改性開采 262
10.1 褐煤原位注蒸汽開采油氣與提質(zhì)改性技術(shù) 263
10.2 褐煤熱解孔隙結(jié)構(gòu)演變規(guī)律 266
10.2.1 孔隙率的熱解演變特征 266
10.2.2 孔隙比表面積隨熱解溫度的變化規(guī)律 267
10.2.3 褐煤熱解滲透率演變規(guī)律 268
10.2.4 三軸應力下褐煤變形特性隨溫度變化規(guī)律 269
10.3 褐煤高溫蒸汽熱解實驗研究 272
10.3.1 高溫蒸汽熱解產(chǎn)氣量分析 272
10.3.2 熱解產(chǎn)氣組分隨溫度的變化分析 274
10.3.3 高溫蒸汽熱解產(chǎn)氣熱值分析 276
10.3.4 褐煤高溫蒸汽熱解殘留固體基本性質(zhì)分析 277
10.4 褐煤煤層高溫蒸汽壓裂-熱解數(shù)值模擬 281
10.4.1 褐煤煤層高溫蒸汽壓裂-熱解THMC耦合數(shù)學模型 281
10.4.2 溫度場分布規(guī)律 281
10.4.3 滲流場動態(tài)變化規(guī)律 284
10.5 褐煤原位注水蒸氣脫水提質(zhì)改性的工業(yè)方案分析 286
10.5.1 工藝設(shè)計基本參數(shù) 286
10.5.2 方案設(shè)計計算 287
10.5.3 生產(chǎn)能力核定與效益分析 288
10.5.4 與井工開采比較分析 290
第11章 干熱巖地熱開采 291
11.1 干熱巖地熱資源 291
11.1.1 世界干熱巖地熱資源 292
11.1.2 中國干熱巖地熱資源及優(yōu)先開發(fā)選區(qū) 292
11.2 干熱巖地熱開發(fā)基礎(chǔ)研究新進展 293
11.2.1 高溫高壓下鉆孔圍巖變形規(guī)律 294
11.2.2 高溫高壓下破巖方式研究 299
11.2.3 干熱巖地熱開發(fā)人工熱儲建造基礎(chǔ)研究 304
11.3 干熱巖地熱開采系統(tǒng)與增強型地熱系統(tǒng)（EGS） 309
11.3.1 水平井分段壓裂人工熱儲HDR地熱開采系統(tǒng) 310
11.3.2 人工儲留層建造 316
11.4 斷層模式（FM）干熱巖地熱開發(fā)技術(shù) 321