摘要
随着油气勘探开采越来越向深层和复杂油气藏方向发展，我国煤层气虽然资源量丰富，由于含瓦斯的煤储层具有低渗透、低压力以及低含气饱和度的“三低”特征，本文根据实际工程应用的需要，将水力空化射流技术引入到煤层气开采工程中来提高低渗透煤层气的开采量。空化技术的主要原理是利用空化工具有目的性的产生大量空化泡，利用空泡溃灭时释放的巨大能量以及伴随的声波振动、压力冲击和温度效应，来强有力的破坏煤储层原始结构，打开煤层裂隙提高渗透率，促进煤层气的充分流通，从而提高煤层气产量。该技术的核心就是水力空化喷嘴的设计，本文的内容主要分为水力空化技术的基本概念和其发展现状、煤层气空化工具的增产机理、空化工具的设计、空化工具的数值模拟和实验几个方面。 首先，对水力空化技术的概念和发展现状进行介绍，煤层气作为一种宝贵和储量庞大的不可再生能源，开发至今已历经了数十年，人们也具备了较为成熟的开发技术，比如水力压裂、注热增产、多分支水平井等，但是因为以上技术各自的应用限制和我国煤层的“三低”特征，我国的煤层气产量相对于发达国家还处于较低水平，因此提出利用水力空化技术来应用于煤层气增产。 其次，介绍了煤层气水力空化工具增产机理，主要包括水力空化原理、空泡动力学模型的建立，以及具体的空化作用于煤层气的增产原理，使我们更加了解空化现象的本质以及应用于煤层气增产的可行性，并为后文空化工具的设计、数值模拟和实验奠定理论基础。 最后进行空化工具的是数值模拟和实验，对自激振荡型空化工具进行结构参数和运行参数的优化。利用ICEM CFD建立了空化工具的几何模型并划分网格，之后在Fluent中选择合适的计算方法对不同配比的模型进行计算，建立了空化实验平台进行空化实验和煤样解吸实验。结果表明：数值模拟和实验得到的结果基本一致，得到的振荡腔参数配比优化范围为：Dc/d1=8.0~16.0，d2/d1=1.5，Lc/Dc=0.7~0.9，α1=45°~180°，V=25m/s，并且围压应尽量避免产生。通过数值模拟和实验得到的上述优化结果，对实际工程中的空化喷嘴的设计制造具有指导意义。
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