原位改性流體化采礦導(dǎo)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(lèi)和演變機(jī)理 9
2.2 THMC耦合作用在線(xiàn)試驗(yàn)機(jī) 13
2.2.1 固體傳壓巖體高溫高壓三軸在線(xiàn)試驗(yàn)機(jī)研制 14
2.2.2 氣體傳壓高溫高壓三軸THMC耦合作用試驗(yàn)臺(tái)研制 18
2.2.3 液體傳壓高溫真三軸試驗(yàn)機(jī)研制 19
2.2.4 高溫三軸-CT在線(xiàn)微型三軸試驗(yàn)機(jī)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(yīng)力與孔隙壓作用下的滲流特征 24
2.3.4 三維應(yīng)力下裂縫滲透系數(shù)的實(shí)驗(yàn) 25
2.3.5 滲透率與巖石細(xì)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(yīng)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(yè)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(xué)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(zhǎng)石細(xì)砂巖的主要成分和顯微CT細(xì)觀結(jié)構(gòu) 62
3.3.2 細(xì)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(yè)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(kāi)采原理 81
3.6.1 煤炭地下氣化原理 81
3.6.2 鹽礦水溶開(kāi)采原理 83
3.7 礦層改造開(kāi)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(kāi)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(xué)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(xué)模型 97
4.1.3 求解策略與計(jì)算程序設(shè)計(jì) 101
4.2 殘留骨架熱解開(kāi)采的固流熱化學(xué)耦合數(shù)學(xué)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(xué)耦合數(shù)學(xué)模型 105
4.3 殘留骨架溶浸開(kāi)采的固流熱化學(xué)耦合數(shù)學(xué)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(kāi)采的THMC耦合數(shù)學(xué)模型 109
4.4 無(wú)殘留骨架溶浸開(kāi)采的THMC耦合數(shù)學(xué)模型 110
4.5 無(wú)殘留骨架氣化開(kāi)采的擴(kuò)散-流動(dòng)-傳熱耦合數(shù)學(xué)模型 113
第5章 煤層氣原位改性開(kāi)采 115
5.1 低滲透煤層原位改性強(qiáng)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(chǔ)層CO2壓裂改性強(qiáng)化抽采煤層氣 118
5.4 低滲透儲(chǔ)層水力割縫改性強(qiáng)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(qiáng)化本煤層煤層氣抽采的工業(yè)應(yīng)用 127
5.5 低滲透煤層注熱改性強(qiáng)化煤層氣開(kāi)采 129
5.5.1 溫度作用下煤層氣吸附-解吸特性的實(shí)驗(yàn)研究 129
5.5.2 低滲透煤層注熱改性開(kāi)采煤層氣的技術(shù)與工藝 132
5.5.3 注熱開(kāi)采煤層氣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 135
第6章 鹽類(lèi)礦床原位溶浸開(kāi)采與油氣儲(chǔ)庫(kù)建造 137
6.1 單井對(duì)流溶浸改性開(kāi)采技術(shù) 138
6.2 雙井對(duì)接連通溶浸改性開(kāi)采技術(shù) 141
6.3 單井水平后退式溶浸開(kāi)采技術(shù) 142
6.3.1 正循環(huán)溶浸時(shí)注水量的影響分析 144
6.3.2 溶浸過(guò)程中腔體形狀、流場(chǎng)、濃度場(chǎng)及溫度場(chǎng)變化 148
6.4 易溶硫酸鈉礦床群井致裂控制水溶開(kāi)采技術(shù)與工程 150
6.4.1 群井致裂技術(shù) 151
6.4.2 運(yùn)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(kāi)采工業(yè)實(shí)施 157
6.4.5 易溶鹽礦群井控制水溶開(kāi)采實(shí)施技術(shù) 160
6.5 難溶鈣芒硝礦床壓力溶浸控制水溶開(kāi)采技術(shù)與工程 161
6.5.1 四川彭山同慶南風(fēng)公司鈣芒硝礦床地質(zhì)特征 161
6.5.2 工業(yè)試驗(yàn)技術(shù)方案 164
6.5.3 群井致裂與溶采試驗(yàn) 165
6.5.4 鈣芒硝礦原位水溶開(kāi)采小規(guī)模工業(yè)應(yīng)用 167
6.6 鹽巖溶腔油氣儲(chǔ)庫(kù)建造技術(shù)及理論基礎(chǔ) 167
第7章 油頁(yè)巖原位熱解改性開(kāi)采 172
7.1 油頁(yè)巖熱解機(jī)理 174
7.2 油頁(yè)巖地下原位傳導(dǎo)加熱開(kāi)采技術(shù) 177
7.3 油頁(yè)巖原位注蒸汽開(kāi)采技術(shù)研究 183
7.3.1 MTI技術(shù) 183
7.3.2 大塊油頁(yè)巖水蒸氣熱解試驗(yàn)研究 186
7.3.3 油頁(yè)巖原位注蒸汽開(kāi)采的數(shù)值模擬 191
7.4 大尺度油頁(yè)巖試樣水蒸氣熱解中試研究 197
7.4.1 試驗(yàn)系統(tǒng) 197
7.4.2 試驗(yàn)方案及試驗(yàn)過(guò)程描述 198
7.4.3 熱解過(guò)程中溫度場(chǎng)分布及變化特征 199
7.4.4 熱解過(guò)程孔隙壓力變化特征 201
7.4.5 油頁(yè)巖熱解過(guò)程熱破裂聲發(fā)射檢測(cè)與破裂特征 203
7.4.6 油頁(yè)巖熱解過(guò)程中變形特征 204
7.4.7 油頁(yè)巖熱解過(guò)程熱能利用和余熱分析 205
7.4.8 蒸汽熱解開(kāi)采區(qū)油頁(yè)巖特征及回采率分析 207
7.4.9 原位注水蒸氣熱解開(kāi)采的產(chǎn)物分析 209
7.5 新疆博格達(dá)山油頁(yè)巖原位注蒸汽開(kāi)采的示范工程方案 210
7.5.1 設(shè)計(jì)方案 211
7.5.2 鍋爐主要設(shè)計(jì)性能參數(shù) 211
7.5.3 開(kāi)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(jì)指標(biāo) 214
7.6 油頁(yè)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(guó)頁(yè)巖油公司（AMOS）的EGL技術(shù) 216
7.6.3 美國(guó)地球探測(cè)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(yè)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(kāi)采 222
8.1 鈾礦原位改性開(kāi)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(kāi)采中的化學(xué)反應(yīng) 223
8.1.3 鈾礦原位改性溶浸開(kāi)采工藝 223
8.2 銅的原位改性開(kāi)采 226
8.2.1 銅礦的資源特征 226
8.2.2 銅礦原位改性開(kāi)采中的化學(xué)過(guò)程 227
8.2.3 銅礦原位改性流體化開(kāi)采工藝 230
8.3 金礦的原位改性流體化開(kāi)采 233
8.3.1 中國(guó)金礦的資源特征 233
8.3.2 金礦溶解化學(xué)反應(yīng) 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(kāi)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(guó)的天然氣水合物藏分布及特征 240
9.2 開(kāi)采方法 241
9.2.1 天然氣水合物儲(chǔ)藏方式及開(kāi)采方法 242
9.2.2 天然氣開(kāi)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(shí)驗(yàn)研究 246
9.3.1 多孔介質(zhì)水合物結(jié)構(gòu)CT實(shí)驗(yàn) 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(guò)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(chǎng)分布實(shí)驗(yàn) 254
9.5.1 材料與實(shí)驗(yàn)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(guò)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(kāi)采 262
10.1 褐煤原位注蒸汽開(kāi)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(yīng)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(shí)驗(yàn)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(xué)模型 281
10.4.2 溫度場(chǎng)分布規(guī)律 281
10.4.3 滲流場(chǎng)動(dòng)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(jì)基本參數(shù) 286
10.5.2 方案設(shè)計(jì)計(jì)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(kāi)采比較分析 290
第11章 干熱巖地?zé)衢_(kāi)采 291
11.1 干熱巖地?zé)豳Y源 291
11.1.1 世界干熱巖地?zé)豳Y源 292
11.1.2 中國(guó)干熱巖地?zé)豳Y源及優(yōu)先開(kāi)發(fā)選區(qū) 292
11.2 干熱巖地?zé)衢_(kāi)發(fā)基礎(chǔ)研究新進(jìn)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?zé)衢_(kāi)發(fā)人工熱儲(chǔ)建造基礎(chǔ)研究 304
11.3 干熱巖地?zé)衢_(kāi)采系統(tǒng)與增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS） 309
11.3.1 水平井分段壓裂人工熱儲(chǔ)HDR地?zé)衢_(kāi)采系統(tǒng) 310
11.3.2 人工儲(chǔ)留層建造 316
11.4 斷層模式（FM）干熱巖地?zé)衢_(kāi)發(fā)技術(shù) 321