本书是在地下非常规能源、固体矿产、南极极端条件下钻采等相关理论与技术方面前沿的科技研究成果，遵循理论分析、物理模拟、数值模拟、室内试验与现场应用相结合的原则，阐述了目前天然气水合物、油页岩等非常规能源开发、固体矿产钻孔开采、极地科考冰钻取芯等方面的相关理论与技术以及面临的挑战，内容包括地下岩（矿）石原位裂化与碎石化、高压水射流开采技术在天然气水合物和油页岩开采中的应用、固体矿产的钻孔水力开采技术、非常规地下能源的储层改造技术、极地冰层孔壁稳定理论与技术等方面。
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主持并作为主要参研参与教育部与财政部跃升项目、科技部国际合作项目、科技部863项目、自然科学基金仪器专项、自然科学基金项目、国土资源部公益性项目、吉林省科技厅重点项目等30余项。先后主持并作为主要参研参与外专局重点引智项目和一般项目30余项，出访欧、美等10余国的50余个科研院所和相关企业，引智成果显著。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 替代能源、新能源开发及减碳需求 2
1.2 应对深部固体矿产资源开发的技术创新——碎石液举 4
1.3 拓展极地“战略新疆域”的支撑——南极科考 5
1.4 钻采理论与技术面临的挑战及应对方法 6
第2章 地下岩（矿）石原位裂化与碎石化及其输送理论 7
2.1 岩（矿）石原位裂化与碎石化 7
2.1.1 岩石起裂、裂缝扩展机理 7
2.1.2 地下岩（矿）石破碎开采中的水力破岩理论 13
2.1.3 岩石损伤机理 18
2.1.4 碎石化技术 28
2.2 岩（矿）石的流体输送理论 31
2.2.1 井底流场及矿浆运移 31
2.2.2 提升管道中的矿浆输送理论 41
参考文献 49
第3章 水射流开采技术在矿产开采中的应用研究 51
3.1 水射流开采技术在固体矿产开采中的应用 51
3.1.1 陆地矿产开采 52
3.1.2 海底附着矿产开采 54
3.1.3 矿产开采前期工程建设 55
3.2 水射流开采技术开发天然气水合物 59
3.2.1 钻采开发水合物的核心难点 59
3.2.2 射流开发水合物的提出与发展 68
3.2.3 高压低温水射流破碎水合物及硐室回填 78
3.3 水射流破碎装置研制与射流喷嘴优化研究 99
3.3.1 水射流破碎装置研制 100
3.3.2 射流喷嘴的优化设计 105
3.3.3 高压低温水射流破碎装置破碎含水合物沉积物 114
参考文献 117
第4章 钻孔水力开采技术在矿产开采中的应用研究 121
4.1 钻孔水力开采技术的工艺与主要设备 121
4.1.1 钻孔水力开采技术的工艺 121
4.1.2 钻孔水力开采技术的主要设备 127
4.2 钻孔水力开采相关参数实用计算方法 132
4.3 伸缩式水力开采钻具的设计研发 139
4.3.1 棘爪伸缩式水力开采钻具 140
4.3.2 弹簧夹头伸缩式水力开采钻具 152
4.3.3 电控单动伸缩式水力开采钻具 155
4.4 棘爪伸缩式水力开采钻具试验 162
4.4.1 试验区地质条件 162
4.4.2 农安区油页岩概况及力学性质 163
4.4.3 试验方案、设备及结果 165
参考文献 171
第5章 储层改造技术 172
5.1 储层改造技术的发展现状 172
5.1.1 水力压裂技术的发展现状 173
5.1.2 无水压裂技术的发展现状 174
5.1.3 酸化压裂技术的发展现状 175
5.1.4 封闭技术的发展现状 177
5.2 室内水力压裂实验平台 178
5.2.1 Ⅱ型三轴水力压裂实验平台 178
5.2.2 Ⅲ型三轴水力压裂实验平台 186
5.2.3 水力压裂实验平台功能及用途 187
5.3 储层改造技术在油页岩原位开发中的应用 188
5.3.1 水力压裂技术在油页岩原位开发中的应用 188
5.3.2 酸化压裂技术在油页岩原位开发中的应用 236
5.3.3 冻融循环技术在油页岩原位开发中的应用 240
5.3.4 封闭技术在油页岩原位开发中的应用 250
5.4 在水合物开发中的储层改造技术及其效果研究 266
5.4.1 海洋水合物储层改造必要性 266
5.4.2 储层改造对水合物降压开采的增产效果 267
5.4.3 单一裂缝对水合物降压联合注热开采的增产效果 274
5.4.4 缝网对水合物降压联合注热开采的增产效果 280参考文献 288
第6章 极地冰层钻探孔壁稳定技术研究 291
6.1 极地冰层钻探孔壁稳定技术的研究现状 291
6.1.1 冰孔孔壁稳定性研究现状及意义 291
6.1.2 冰体内裂纹扩展研究现状 293
6.2 深部冰孔孔壁坍塌及起裂机理 294
6.2.1 冰体破坏准则的选择概述 295
6.2.2 深部冰孔孔壁稳定性分析 295
6.2.3 冰孔稳定区与破碎区坍塌及水压致裂压力对比分析 307
6.3 深部冰孔孔壁裂纹扩展机理研究 316
6.3.1 基于断裂力学的冰孔孔壁裂纹扩展判定条件 316
6.3.2 冰孔孔壁裂纹快速扩展分析研究 318
6.3.3 冰孔孔壁裂纹亚临界扩展 321
6.4 冰层钻探孔壁水压致裂破坏研究 326
6.4.1 水压致裂数值模拟研究 326
6.4.2 水压致裂破坏试验研究 342
参考文献 359
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