本書是在地下非常規(guī)能源、固體礦產(chǎn)、南極極端條件下鉆采等相關理論與技術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)試驗與現(xiàn)場應用相結(jié)合的原則，闡述了目前天然氣水合物、油頁巖等非常規(guī)能源開發(fā)、固體礦產(chǎn)鉆孔開采、極地科考冰鉆取芯等方面的相關理論與技術以及面臨的挑戰(zhàn)，內(nèi)容包括地下巖（礦）石原位裂化與碎石化、高壓水射流開采技術在天然氣水合物和油頁巖開采中的應用、固體礦產(chǎn)的鉆孔水力開采技術、非常規(guī)地下能源的儲層改造技術、極地冰層孔壁穩(wěn)定理論與技術等方面。
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主持并作為主要參研參與教育部與財政部躍升項目、科技部國際合作項目、科技部863項目、自然科學基金儀器專項、自然科學基金項目、國土資源部公益性項目、吉林省科技廳重點項目等30余項。先后主持并作為主要參研參與外專局重點引智項目和一般項目30余項，出訪歐、美等10余國的50余個科研院所和相關企業(yè)，引智成果顯著。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 替代能源、新能源開發(fā)及減碳需求 2
1.2 應對深部固體礦產(chǎn)資源開發(fā)的技術創(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 鉆采理論與技術面臨的挑戰(zhàn)及應對方法 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、裂縫擴展機理 7
2.1.2 地下巖（礦）石破碎開采中的水力破巖理論 13
2.1.3 巖石損傷機理 18
2.1.4 碎石化技術 28
2.2 巖（礦）石的流體輸送理論 31
2.2.1 井底流場及礦漿運移 31
2.2.2 提升管道中的礦漿輸送理論 41
參考文獻 49
第3章 水射流開采技術在礦產(chǎn)開采中的應用研究 51
3.1 水射流開采技術在固體礦產(chǎn)開采中的應用 51
3.1.1 陸地礦產(chǎn)開采 52
3.1.2 海底附著礦產(chǎn)開采 54
3.1.3 礦產(chǎn)開采前期工程建設 55
3.2 水射流開采技術開發(fā)天然氣水合物 59
3.2.1 鉆采開發(fā)水合物的核心難點 59
3.2.2 射流開發(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)化設計 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 117
第4章 鉆孔水力開采技術在礦產(chǎn)開采中的應用研究 121
4.1 鉆孔水力開采技術的工藝與主要設備 121
4.1.1 鉆孔水力開采技術的工藝 121
4.1.2 鉆孔水力開采技術的主要設備 127
4.2 鉆孔水力開采相關參數(shù)實用計算方法 132
4.3 伸縮式水力開采鉆具的設計研發(fā) 139
4.3.1 棘爪伸縮式水力開采鉆具 140
4.3.2 彈簧夾頭伸縮式水力開采鉆具 152
4.3.3 電控單動伸縮式水力開采鉆具 155
4.4 棘爪伸縮式水力開采鉆具試驗 162
4.4.1 試驗區(qū)地質(zhì)條件 162
4.4.2 農(nóng)安區(qū)油頁巖概況及力學性質(zhì) 163
4.4.3 試驗方案、設備及結(jié)果 165
參考文獻 171
第5章 儲層改造技術 172
5.1 儲層改造技術的發(fā)展現(xiàn)狀 172
5.1.1 水力壓裂技術的發(fā)展現(xiàn)狀 173
5.1.2 無水壓裂技術的發(fā)展現(xiàn)狀 174
5.1.3 酸化壓裂技術的發(fā)展現(xiàn)狀 175
5.1.4 封閉技術的發(fā)展現(xiàn)狀 177
5.2 室內(nèi)水力壓裂實驗平臺 178
5.2.1 Ⅱ型三軸水力壓裂實驗平臺 178
5.2.2 Ⅲ型三軸水力壓裂實驗平臺 186
5.2.3 水力壓裂實驗平臺功能及用途 187
5.3 儲層改造技術在油頁巖原位開發(fā)中的應用 188
5.3.1 水力壓裂技術在油頁巖原位開發(fā)中的應用 188
5.3.2 酸化壓裂技術在油頁巖原位開發(fā)中的應用 236
5.3.3 凍融循環(huán)技術在油頁巖原位開發(fā)中的應用 240
5.3.4 封閉技術在油頁巖原位開發(fā)中的應用 250
5.4 在水合物開發(fā)中的儲層改造技術及其效果研究 266
5.4.1 海洋水合物儲層改造必要性 266
5.4.2 儲層改造對水合物降壓開采的增產(chǎn)效果 267
5.4.3 單一裂縫對水合物降壓聯(lián)合注熱開采的增產(chǎn)效果 274
5.4.4 縫網(wǎng)對水合物降壓聯(lián)合注熱開采的增產(chǎn)效果 280參考文獻 288
第6章 極地冰層鉆探孔壁穩(wěn)定技術研究 291
6.1 極地冰層鉆探孔壁穩(wěn)定技術的研究現(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)裂紋擴展研究現(xiàn)狀 293
6.2 深部冰孔孔壁坍塌及起裂機理 294
6.2.1 冰體破壞準則的選擇概述 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比分析 307
6.3 深部冰孔孔壁裂紋擴展機理研究 316
6.3.1 基于斷裂力學的冰孔孔壁裂紋擴展判定條件 316
6.3.2 冰孔孔壁裂紋快速擴展分析研究 318
6.3.3 冰孔孔壁裂紋亞臨界擴展 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 水壓致裂破壞試驗研究 342
參考文獻 359
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