本書(shū)是在地下非常規(guī)能源、固體礦產(chǎn)、南極極端條件下鉆采等相關(guān)理論與技術(shù)方面前沿的科技研究成果，遵循理論分析、物理模擬、數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用相結(jié)合的原則，闡述了目前天然氣水合物、油頁(yè)巖等非常規(guī)能源開(kāi)發(fā)、固體礦產(chǎn)鉆孔開(kāi)采、極地科考冰鉆取芯等方面的相關(guān)理論與技術(shù)以及面臨的挑戰(zhàn)，內(nèi)容包括地下巖（礦）石原位裂化與碎石化、高壓水射流開(kāi)采技術(shù)在天然氣水合物和油頁(yè)巖開(kāi)采中的應(yīng)用、固體礦產(chǎn)的鉆孔水力開(kāi)采技術(shù)、非常規(guī)地下能源的儲(chǔ)層改造技術(shù)、極地冰層孔壁穩(wěn)定理論與技術(shù)等方面。
主持并作為主要參研參與教育部與財(cái)政部躍升項(xiàng)目、科技部國(guó)際合作項(xiàng)目、科技部863項(xiàng)目、自然科學(xué)基金儀器專項(xiàng)、自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)土資源部公益性項(xiàng)目、吉林省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目等30余項(xiàng)。先后主持并作為主要參研參與外專局重點(diǎn)引智項(xiàng)目和一般項(xiàng)目30余項(xiàng)，出訪歐、美等10余國(guó)的50余個(gè)科研院所和相關(guān)企業(yè)，引智成果顯著。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 替代能源、新能源開(kāi)發(fā)及減碳需求 2
1.2 應(yīng)對(duì)深部固體礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新——碎石液舉 4
1.3 拓展極地“戰(zhàn)略新疆域”的支撐——南極科考 5
1.4 鉆采理論與技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)方法 6
第2章 地下巖（礦）石原位裂化與碎石化及其輸送理論 7
2.1 巖（礦）石原位裂化與碎石化 7
2.1.1 巖石起裂、裂縫擴(kuò)展機(jī)理 7
2.1.2 地下巖（礦）石破碎開(kāi)采中的水力破巖理論 13
2.1.3 巖石損傷機(jī)理 18
2.1.4 碎石化技術(shù) 28
2.2 巖（礦）石的流體輸送理論 31
2.2.1 井底流場(chǎng)及礦漿運(yùn)移 31
2.2.2 提升管道中的礦漿輸送理論 41
參考文獻(xiàn) 49
第3章 水射流開(kāi)采技術(shù)在礦產(chǎn)開(kāi)采中的應(yīng)用研究 51
3.1 水射流開(kāi)采技術(shù)在固體礦產(chǎn)開(kāi)采中的應(yīng)用 51
3.1.1 陸地礦產(chǎn)開(kāi)采 52
3.1.2 海底附著礦產(chǎn)開(kāi)采 54
3.1.3 礦產(chǎn)開(kāi)采前期工程建設(shè) 55
3.2 水射流開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)天然氣水合物 59
3.2.1 鉆采開(kāi)發(fā)水合物的核心難點(diǎn) 59
3.2.2 射流開(kāi)發(fā)水合物的提出與發(fā)展 68
3.2.3 高壓低溫水射流破碎水合物及硐室回填 78
3.3 水射流破碎裝置研制與射流噴嘴優(yōu)化研究 99
3.3.1 水射流破碎裝置研制 100
3.3.2 射流噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì) 105
3.3.3 高壓低溫水射流破碎裝置破碎含水合物沉積物 114
參考文獻(xiàn) 117
第4章 鉆孔水力開(kāi)采技術(shù)在礦產(chǎn)開(kāi)采中的應(yīng)用研究 121
4.1 鉆孔水力開(kāi)采技術(shù)的工藝與主要設(shè)備 121
4.1.1 鉆孔水力開(kāi)采技術(shù)的工藝 121
4.1.2 鉆孔水力開(kāi)采技術(shù)的主要設(shè)備 127
4.2 鉆孔水力開(kāi)采相關(guān)參數(shù)實(shí)用計(jì)算方法 132
4.3 伸縮式水力開(kāi)采鉆具的設(shè)計(jì)研發(fā) 139
4.3.1 棘爪伸縮式水力開(kāi)采鉆具 140
4.3.2 彈簧夾頭伸縮式水力開(kāi)采鉆具 152
4.3.3 電控單動(dòng)伸縮式水力開(kāi)采鉆具 155
4.4 棘爪伸縮式水力開(kāi)采鉆具試驗(yàn) 162
4.4.1 試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)條件 162
4.4.2 農(nóng)安區(qū)油頁(yè)巖概況及力學(xué)性質(zhì) 163
4.4.3 試驗(yàn)方案、設(shè)備及結(jié)果 165
參考文獻(xiàn) 171
第5章 儲(chǔ)層改造技術(shù) 172
5.1 儲(chǔ)層改造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 172
5.1.1 水力壓裂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 173
5.1.2 無(wú)水壓裂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 174
5.1.3 酸化壓裂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 175
5.1.4 封閉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 177
5.2 室內(nèi)水力壓裂實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 178
5.2.1 Ⅱ型三軸水力壓裂實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 178
5.2.2 Ⅲ型三軸水力壓裂實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 186
5.2.3 水力壓裂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能及用途 187
5.3 儲(chǔ)層改造技術(shù)在油頁(yè)巖原位開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 188
5.3.1 水力壓裂技術(shù)在油頁(yè)巖原位開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 188
5.3.2 酸化壓裂技術(shù)在油頁(yè)巖原位開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 236
5.3.3 凍融循環(huán)技術(shù)在油頁(yè)巖原位開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 240
5.3.4 封閉技術(shù)在油頁(yè)巖原位開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 250
5.4 在水合物開(kāi)發(fā)中的儲(chǔ)層改造技術(shù)及其效果研究 266
5.4.1 海洋水合物儲(chǔ)層改造必要性 266
5.4.2 儲(chǔ)層改造對(duì)水合物降壓開(kāi)采的增產(chǎn)效果 267
5.4.3 單一裂縫對(duì)水合物降壓聯(lián)合注熱開(kāi)采的增產(chǎn)效果 274
5.4.4 縫網(wǎng)對(duì)水合物降壓聯(lián)合注熱開(kāi)采的增產(chǎn)效果 280參考文獻(xiàn) 288
第6章 極地冰層鉆探孔壁穩(wěn)定技術(shù)研究 291
6.1 極地冰層鉆探孔壁穩(wěn)定技術(shù)的研究現(xiàn)狀 291
6.1.1 冰孔孔壁穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀及意義 291
6.1.2 冰體內(nèi)裂紋擴(kuò)展研究現(xiàn)狀 293
6.2 深部冰孔孔壁坍塌及起裂機(jī)理 294
6.2.1 冰體破壞準(zhǔn)則的選擇概述 295
6.2.2 深部冰孔孔壁穩(wěn)定性分析 295
6.2.3 冰孔穩(wěn)定區(qū)與破碎區(qū)坍塌及水壓致裂壓力對(duì)比分析 307
6.3 深部冰孔孔壁裂紋擴(kuò)展機(jī)理研究 316
6.3.1 基于斷裂力學(xué)的冰孔孔壁裂紋擴(kuò)展判定條件 316
6.3.2 冰孔孔壁裂紋快速擴(kuò)展分析研究 318
6.3.3 冰孔孔壁裂紋亞臨界擴(kuò)展 321
6.4 冰層鉆探孔壁水壓致裂破壞研究 326
6.4.1 水壓致裂數(shù)值模擬研究 326
6.4.2 水壓致裂破壞試驗(yàn)研究 342
參考文獻(xiàn) 359
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