高强混凝土在煤矿钻井井壁结构中的应用

一、概述 煤矿竖井井筒为承压结构,提高混凝土强度可大大提高其承载能力。近几年,C50左右混凝土在煤矿冻结和钻井井壁中已有一些成功的应用实例,在一定程度上满足了工程上的特殊需要。但是,随着我国煤矿开采深度增加,要求井壁结构具有更高的承载能力,并已成为解决深井井壁结构的重大技术难题。 安徽淮北祈南中央风井井筒直径5.5米,壁厚0.72米,设计深度390.72米,为钢筋混凝土井壁结构,采用钻井法施工。根据该井表土深、地压大的特点,为提高井壁承载能力,该井深部有21节井壁混凝土设计强度等级为C60（计1306.28m~3）,7节井壁为C65（计492m~3）,为地面分节预制浇注施工。     

钻井井壁钢纤维混凝土配合比的灰色局势决策

600 m以上深厚表土层煤矿立井钻井井筒的支护需采用高强钢纤维混凝土井壁.根据钻井井壁的施工条件和性能要求,介绍了高强钢纤维混凝土的配制原则,选择了原材料.进行了大量的CF80～CF100高强钢纤维混凝土的配制试验.并在此基础上,采用多目标灰色局势决策的方法确定了CF80～CF100高强钢纤维混凝土的最优配合比.     

钢筋混凝土钻井井壁模糊可靠度分析

矿井井壁可靠性分析中存在大量不确定因素,主要是随机不确定性和模糊不确定性。钢筋混凝土钻井井壁因计算模式、材料强度、几何尺寸等不定性因素,统计分析得井壁的抗力和荷载效应均服从正态分布;该文利用钢筋混凝土钻井井壁可靠性原理和应用模糊数学理论,选降半梯形隶属函数,计算得模糊可靠性指标。对模糊可靠度与经典可靠度的比较,得到更接近工程实际的可靠度指标。并分析荷载效应容差和结构抗力容差对井壁模糊可靠度的影响。     

山前高陡构造节理围岩的井壁失稳机制研究

 我国西部山前的高陡构造油气蕴藏丰富,但剧烈构造运动形成的节理岩体在钻井过程中容易出现井壁失稳问题,严重制约了勘探开发效益的提高。深入研究节理岩体井壁失稳机制对解决这一难题具有重要意义。结合中国天山山脉南缘霍尔果斯构造的地质情况,利用RFPA2D-flow软件建立山前构造节理岩体的井眼模型,探讨了井眼周围应力场和渗流场的特点,模拟了井壁围岩失稳坍塌的过程,讨论了稳定井壁的对策。井壁周围的应力集中出现在水平最小主应力方位上,而渗流则主要发生在水平最大主应力方位的节理面上,随着渗流作用节理面上流体压力逐渐升高,并导致围岩在节理面上发生拉张破坏而坍塌,井壁坍塌主要出现在水平最大主应力方位上。这一结果合理解释双井径测井曲线上井眼长轴发生翻转的现象。研究结果表明,降低节理面的渗流速度能够明显地减轻节理围岩的失稳,说明加强钻井液封堵性能对稳定井壁具有针对性;过低的井眼液柱压力会导致水平最小主应力方位上井壁围岩剪切破坏,然而过高的井眼液柱压力却对水平最大主应力方位上节理围岩的稳定产生不利影响,说明控制泥浆密度上限是必要的。研究成果对山前高陡构造钻井的井壁稳定问题具有参考价值。     

基于渗流-应力-损伤耦合模型的泥页岩井壁稳定性研究

石油钻井过程中,泥页岩地层井壁稳定性研究十分复杂。本文在连续损伤力学理论基础上,将塑性损伤演化及渗流相互耦合的概念引入Mohr-Coulomb破坏准则,建立了基于等效塑性应变的损伤演化模型,给出了泥岩的渗透性的演化方程。以中国西部某油田实际钻井过程为例,建立了井壁稳定分析模型。计算过程中考虑了围岩损伤引起的弹性模量、黏聚力和渗透系数的变化,得到了井壁围岩损伤、渗透系数、应力、塑性应变、孔隙压力和位移的分布规律。结果表明,井壁附近岩石的损伤演化对围岩塑性区的塑性应变和应力分布有明显影响。钻井液密度的高低,会造成井壁在水平最小主应力方向上的剪切损伤或在水平最大主应力方向上的拉伸损伤。当损伤达到极限时,会造成井壁围岩的破坏。     

施工期钻井井壁钢筋应力实测研究

介绍了温家庄铁矿副井钻井井壁施工期间钢筋应力的实测方案,分析了钻井井壁钢筋应力的变化规律,结果表明：施工期钻井井壁钢筋以受压为主,环向钢筋压应力大于竖向钢筋,钢筋应力变化阶段与施工工序相对应。漂浮下沉阶段钢筋应力呈现“双线性”特点,实测与理论计算应力相吻合;增加配重水阶段环向钢筋压应力减小而竖向钢筋压应力增加;首次注浆阶段钢筋压应力显著减小,个别钢筋出现拉应力;后 3 次注浆阶段钢筋压应力先增加后部分恢复,环向钢筋应力变化大于竖向钢筋;抽排配重水阶段环向钢筋压应力显著增加,竖向钢筋应力变化不大;二次补注浆阶段钢筋压应力先增加后恢复,但恢复幅度较前述注浆有所减小。施工完成后钢筋最大应力达到屈服应力的 41% 。     

高强预制混凝土井壁的裂缝控制

山东某煤矿采用C70高强混凝土制作预制混凝土井壁和复合井壁,施工采用泵送工艺,井壁的施工是国内难度最大的.通过合理选择矿物外加剂和化学外加剂,优化了混凝土配比,不但使混凝土的收缩大幅度降低,也降低了水化放热,再配以适当的养护,防止了以往易产生的裂缝问题.     

地层沉降条件下可缩性钻井井壁受力机理的试验研究

针对地层沉降条件下煤矿立井井壁的破坏机理,提出了一种新型可缩性钻井井壁结构。通过模拟试验表明:在地层沉降条件下,这种井壁结构能随之压缩,从而可使作用在井壁上的竖向附加力(即负摩擦力)得到相应衰减,使井壁达到安全使用。由此提出了可缩性钻井井壁竖向承载力的设计方法。研究成果已在淮北矿区的4个井筒中得到了成功应用。     

泥浆中超深钻井井壁竖向稳定性分析

在调研国内外深井建设的基础上,结合工程实际情况,将井壁假定为下端固定、上端自由的压杆.采用解析解、Newrnark数值计算对安徽板集煤矿主井、风井井壁的稳定性进行了验算,在分析计算中计入井壁变截面刚度、自重和配重水高度,泥浆对井壁浮力等因素变化对井壁竖向稳定性的贡献.计算结果表明,安徽板集煤矿主井、风井井壁泥浆中下沉均不会发生失稳,与工程实际及现场监测结果符合.提出防止超深钻井井壁失稳的技术措施,可供实际工程参考.     

钻井井筒壁后砂浆充填材料配制研究及其应用

针对特厚冲积层钻井井壁壁后充填的施工条件和性能要求,提出了钻井井筒壁后充填水泥砂浆的配制原则和配制途径。在大量的试验的基础上选择了原材料,进行了水泥砂浆的配制试验,得到了优化配合比,并成功的应用到工程中。     

欠平衡钻井合理压差的确定技术及在新疆油田的应用

欠平衡钻井过程中井壁稳定是保证欠平衡钻井成了欠平衡钻井过程中保持井壁稳定及控制井喷的极限钻井压差的计算模式,提出了欠平衡钻井合理压差的确定原则.最后,结合石南4井区的地应力参数及地层强度参数,对石南4井区欠平衡钻井极限压差进行了计算,并据此分析了在该区进行欠平衡钻井的可行性.实际应用结果表明,理论结果与工程实际十分吻合,说明了模型的正确性.     

“卧式”油罐预制基础技术经济性研究

介绍了钻井附属设备"卧式"油罐预制基础的形式和施工特点,探讨了油罐设备预制基础相对于传统基础的技术经济性优势,以期这种新型预制基础能在实际工程中得到广泛地应用。     

特厚表土层双层钢板 高强高性能混凝土钻井井壁试验研究

 针对500～700 m特厚表土中钻井井筒的支护难题，认为合理的解决途径是采用双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构。首先，给出钻井井壁C60～C75高强高性能混凝土的优化配合比；然后，根据相似理论，进行双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构的模型设计。通过模型试验，对这种井壁结构的应力、变形特性和强度特征进行研究，研究结果表明：由于内、外钢板筒的约束作用，井壁结构中的混凝土完全处于三轴受压应力状态下，其抗压强度得到较大程度的提高，且井壁破坏时混凝土的极限压应变达到－4 600 me，表现出较好的延性特性，得到了该种井壁结构承载力的试验值，从而为该种高强井壁结构的工程应用提供了设计依据。目前，该研究成果已应用于3个特厚表土层的钻井井筒工程实践中。     

准噶尔盆地中部I区块坍塌压力分析

准噶尔盆地腹部地区中部I区块是中国石化西部新区勘探的重点区块,通过庄1井、沙1井2口探井的钻井发现了工业油气流.在钻井施工中,白垩系、侏罗系地层井壁失稳严重.在室内岩芯实验的基础上,确定了影响该区块坍塌压力计算的基础参数,从而确定出保持井壁稳定所需的钻井液密度,为该区今后的油气勘探开发提供了保证.     

深部煤层力学参数反演和气体钻井井壁稳定性

如何确定深部煤层的地质力学参数是气体钻井井壁稳定评价的关键。基于量化的地质强度指标GSI和Hoek-Brown强度准则分析了反演深部煤层地质力学参数的方法,结合DB1井氮气钻井,以弹塑性方法分析了侏罗系炭质泥岩和煤层的井壁稳定性。研究表明,塔里木盆地依奇克里克区块侏罗系煤GSI介于45~55,变形模量约在1 560~2 850 MPa之间。井眼钻开后炭质泥岩和煤层井周存在塑性区,炭质泥岩层井周塑性区约为1.37倍井眼半径,煤层井周塑性区约为2.07~2.59倍井眼半径。塑性区应力松弛造成围压减小,导致节理岩体抵抗工程扰动的能力减弱。以工程允许塑性半径等于1.5倍井眼半径为临界稳定条件,井眼钻开后煤层会出现大面积坍塌失稳,不宜采用气体钻井;工程扰动造成炭质泥岩井眼扩径,扩径后井眼仍能保持稳定。     

混凝土空心板-预制拼装式地下检查井的可行性分析

比较了现浇整体式和预制拼装式地下检查井的施工和工作特点,指出预制拼装式地下检查井的优势,明确了预制拼装式地下检查井需要解决的关键技术问题,提供了可能的解决方向。针对现有预制地下检查井专利技术的不足,建议应用混凝土空心板技术。采用SAP2000分析了实际地下检查井的受力状况,根据现有混凝土理论按空心井壁进行配筋设计,将其与现浇混凝土实心井壁进行技术经济对比分析后可知:在预制拼装式地下检查井中采用混凝土空心板技术是可行的,具有节省材料、减轻重量、便于运输和吊装及减少拼装接缝的优势。     

钻井法凿井井壁壁后充填研究

壁后充填是钻井法凿井砌筑井壁过程中的重要步骤,对维持井筒的稳定具有重要作用。充填浆液的选择、充填方式的选用等对充填效果都有非常大的影响。本文以信湖煤矿中央风井井壁为例,介绍了充填的基本原理和详细的充填步骤,对以后井壁壁后充填具有指导作用。     

准噶尔盆地中部Ⅰ区块坍塌压力分析

准噶尔盆地腹部地区中部Ⅰ区块是中国石化西部新区勘探的重点区块，通过庄1井、沙1井2口探井的钻井发现了工业油气流。在钻井施工中，白垩系、侏罗系地层井壁失稳严重。在室内岩芯实验的基础上，确定了影响该区块坍塌压力计算的基础参数，从而确定出保持井壁稳定所需的钻井液密度，为该区今后的油气勘探开发提供了保证。     

水平井钻井摩阻扭矩计算模型研究

水平井已逐渐成为开发复杂油气藏的重要技术手段,但仍存在着一些问题,摩阻/扭矩问题尤为突出。基于弹性井壁对钻柱的地基反力作用,考虑井壁弹性系数对摩阻的影响,建立水平井钻井作业中钻柱的摩阻/扭矩计算模型,利用Visual Basic编制了相应的计算程序来预测水平井钻井作业中的摩阻/扭矩。根据现场作业数据,对TZ-11井钻井作业中不同工况下的摩阻/扭矩进行了计算。计算结果表明,起下钻过程中模型的计算值与实测值的平均误差不超过7%,旋转钻进时钻柱扭矩与实测值的平均误差为9.51%,具有较高的计算精度,符合工程现场应用要求,可为水平井钻井施工提供技术支撑。     

大港油田深井井壁稳定问题

指出了大港油田深井钻井过程中经常发生的井壁失稳的3种主要形式坍塌、缩径、破裂，从岩石力学和物理化学两个主要因素简要分析了井壁失稳的机理，结合现场总结出了由地应力因素引起油气井壁失稳常用的4种控制技术和由钻井液化学因素引起油气井壁失稳最常用的几种防塌钻井液体系。