大口径工程井套管事故及预防技术措施

近几年国内施工大口径煤矿瓦斯排放井、输冰降温井、注氮井、送料井等特殊用途工程井时,常发生套管下不到位、套管折断跑管、固井时将钻杆固在井内、套管挤毁报废等事故,给施工单位造成巨大的经济损失。结合近年来的施工经验对大口径工程井常见事故进行研究,分析了事故的成因,提出了采取的预防措施。     

大直径工程井套管完井关键技术应用研究

大直径工程井成井后井眼直径一般为?300～?1500mm之间,深度1000m以浅,入井的表层套管和工作套管直径一般在?280～?1200mm之间。由于井眼直径大、深度大、施工周期长再加上套管直径大、总质量大等特点。在施工过程的不同环节发生了不同形式的套管挤毁事故,造成整井报废,损失惨重。通过运用材料力学基本原理,对下入井内的套管进行了深入的力学分析,确定套管的规格。根据钻孔深度、套管材质、设备提升能力的具体情况,确定具体的下管方法。结合大直径工程井套管与井径环空容积大、固井时注水泥量大的特点,采用井口密封止逆内管法固井,提升固井质量。为今后大直径工程井的施工技术,具有重要的借鉴和参考意义。     

煤矿瓦斯抽排井施工钻孔与巷道串通的治理及成井技术

介绍了煤矿大直径瓦斯抽排井钻孔施工过程中,施工钻孔与巷道串通事故的处理,以及扩孔钻进成孔、漂浮法安放井管、壁后充填水泥浆固井止水等工艺技术。     

大口径瓦斯抽排井反井施工技术

通过瓦斯抽排井将井下预抽瓦斯输送至地面加以综合利用,成为瓦斯治理的有效方法之一。瓦斯抽排井由于直径小,深度大,只能采用机械施工,反井作为一种高效的机械井筒施工技术,近年来成为瓦斯抽放井施工的常用工艺之一。介绍了目前瓦斯抽放井施工常用的机械施工工艺,并对反井施工的工艺、优缺点做了详细介绍,为瓦斯抽排井确定施工方案提供参考。     

钢板式浮塞下管工艺在煤矿大口径工程井中的应用

针对煤矿大口径工程井采用常规水泥浮塞下管技术存在的施工工序多、钻井液易污染、水泥块沉渣多和易残留等工艺缺陷,以霍州某煤矿大口径瓦斯抽采钻孔工程实践为例,开展钢板式浮塞下管技术研究。介绍了该技术的工艺原理,对瓦斯孔工作套管发生弹性失稳变形和材料屈服破坏的临界强度进行校核计算,开展了钢板浮塞的结构和装配方案设计,并对其强度进行验算。采用本工艺完成直径836 mm,重150 t瓦斯抽采管路的下放作业。经实践验证,该技术可减少下管固井期间起下钻工作量,缩短作业时间,成井后套管内无水泥块残留,且工艺制作过程简单、操作方便,可为今后类似工程施工提供经验和借鉴。     

大直径瓦斯抽排井钻进技术分析

井下瓦斯抽放对煤矿安全生产起着重要的作用,抽采出的瓦斯必须集中输送到地面加以综合利用。建设单独通向地面的瓦斯抽排井与传统的矿井管道布置方式相比,具有明显的优势。由于瓦斯抽排井直径远大于地质勘探与石油钻孔,又比煤矿井筒小得多,因此只能采用钻机施工。归纳总结了瓦斯抽排井的作用与结构形式,并将其分为集中瓦斯抽排井和管道式瓦斯抽排井两种类型。集中瓦斯抽排井可以采用普通凿井法、竖井钻机和反井钻机等方法施工;管道式瓦斯抽排井往往采用机械钻进方式施工,钻进技术的关键是高效排渣、管道安装和管道固定。比较了不同钻机(包括地质钻机、石油钻机、潜孔钻机、竖井钻机和反井钻机等)钻进工艺、不同排渣方式(包括正循环排渣、反循环排渣和自由落体排渣等)的适用范围及优缺点,并对钻孔泥浆中、裸孔内管道安装工艺进行了阐述。指出反井钻机施工瓦斯抽排井的优势,以及需要研究的技术工艺内容。     

大口径瓦斯抽排井施工扩孔分级设计优选探讨

受现有钻探设备能力限制,大口径瓦斯抽排井工程通常采用"先导钻进+分级扩孔"施工方法。通过扩孔所需回转扭矩的计算分析,对常用大口径瓦斯抽排井扩孔分级的设计进行了探讨。     

唐安煤矿瓦斯抽排井反井钻机施工

唐安煤矿为高瓦斯矿井,地面瓦斯抽排井位于风井工业广场附近,直径1m,井深287m,采用反井钻机施工,先钻导向孔,再扩孔到直径1m。瓦斯抽排井主要工程由3部分组成:一是钻进深度287m、直径1m的瓦斯抽排立井;二是安装外径530mm、壁厚15mm的瓦斯抽排管路;三是安装埋深1.5m、长度400m的瓦斯抽排管路。由于施工方案科学合理,实现了安全快速施工。     

豫中地质勘察工程公司打出“亚洲第一井”

安徽淮南矿业集团丁集煤矿大口径瓦斯抽排井正式竣工。该井设计井深851m，最大井径1．1m，套管总重量达335t．施工之深、井径之大、套管之重，均创下了亚洲记录，因此被称为“亚洲第一井”。     

大口径井套管安全下放关键技术及应用

大口径井固井套管外径大、质量大,采用焊接连接下放,其特殊的规格尺寸和连接方式要求下套管需采用专门的技术。通井工具及提吊工具根据套管规格单独加工;套管下放一般采用提吊浮力法,其核心包括浮力塞研制及套管防挤毁控制;浮力塞能够借助泥浆浮力,确保钻机以不大的提升力下放大质量套管,同时又为后续固井提供便利;防挤毁控制是在借用泥浆浮力的过程中,确保下入套管出现的空置段在井内泥浆压力作用下不发生挤毁破坏。实践证明:处理好大口径套管下放的关键技术可确保套管安全下放不受破坏。     

大庆油田古龙1井套管柱设计方法分析及优选

针对目前大庆油田最深的一口风险探井--古龙1井,为了使套管满足空气钻井和经济性需要,首次使用组合套管柱设计方法,同时在设计中对套管强度进行三轴应力强度校核,分析了套管强度设计的误差,给出一套新的安全经济的套管柱设计方法,为以后超深井套管柱设计提供了一个新的思路,对于指导设计与现场施工具有重要的意义.     

含瓦斯煤渗透率各向异性研究

为研究含瓦斯煤各向异性渗流特征,以原煤煤样为研究对象,以含瓦斯煤三轴渗流实验系统为实验平台,开展了含瓦斯煤的各向异性渗流规律的研究,确定了含瓦斯煤各向异性渗透率主值及其方位的计算方法,定义了含瓦斯煤渗透率各向异性率,重点分析了含瓦斯煤渗透率各向异性动态变化规律和瓦斯优势流动方向的转变现象。研究结果表明:煤体瓦斯流动具有非常明显的各向异性特征,本文所提出的含瓦斯煤各向异性渗透率计算方法简单有效;含瓦斯煤具有较强的应力敏感性,其渗透率与有效应力之间符合负指数函数变化规律;含瓦斯煤渗透率的各向异性随有效应力的变化表现出了明显的动态变化发展规律,优势流动方向存在转变现象。     

地应力场和地温场对型煤渗透率影响的实验研究

以贵州玉舍煤矿1号煤层煤样为研究对象,利用自主研发的三轴渗透仪,进行了温度和平均有效应力条件下的三轴渗流实验,分析了两者对渗透率的综合作用,得出随温度的升高,渗透率呈减小趋势,但下降梯度不大;随着平均有效应力的增大,渗透率急剧下降,下降的梯度较大。     

基于ANSYS的J积分计算与分析

介绍了J积分在ANSYS中的计算方法,并通过一个实例说明了J积分在ANSYS中的实现过程,将数值计算获得的J积分与应力强度因子之间的关系进行了比较分析,得出了与经典断裂力学中相同的结论。分析结果表明,采用ANSYS求解J积分是可行的,为以后材料断裂参量计算提供了一种有效的方法。     

深部高应力下数值模拟本构模型差异性探讨

深部高应力环境下,围岩力学响应特性要异于浅部开采。为研究更符合深部高应力环境下的围岩力学特性的数值模拟方法,结合围岩条件较稳固的某铜矿深部开采工程实例,采用FLAC3D 软件,分别以摩尔-库伦模型与应变软化模型建立计算模型,对深部采场开采后顶板围岩的应力、位移、塑性区等情况进行分析对比。研究结果表明：在深部高应力采场大范围开挖的情况下,摩尔-库伦模型个别应力指标要小于应变软化模型,但应变软化模型顶板变形及塑性区更大,摩尔-库伦模型的总体计算结果偏向安全。即应变软化模型能够更好地反映高应力环境下,围岩在非线性阶段的应变软化特性,计算结果更接近于工程实际。计算结果也表明了对于深部高应力下采场的开采模拟,仅靠单一应力或位移指标,难以得出客观结论,可通过多种计算模型及多种分析指标来进行综合分析对比,以提高计算结果的客观性。     

含结构面岩体三轴压缩试验数值模拟研究

基于现行岩体力学试验方法, 建立三轴压缩试验数值模型并辨识模型的可行性。以风滩水电站为背景, 对含结构面的岩体进行三轴压缩试验数值模拟, 研究了岩体等效弹性模量各向异性的尺寸效应以及岩体结构面倾角、间距等因素对岩体等效弹性模量的影响。采用此法模拟岩体三轴压缩试验0求解岩体等效弹性模量, 克服了承压板变形试验求解岩体等效弹性模量的理论缺陷, 避免了现场岩体三轴试验周期长、代价昂贵等不足, 为求解含结构面岩体的宏观力学参数开辟了一条新的途径。     

干湿循环对含蚀变带边坡稳定性影响研究

进行了不同干湿循环条件下尾矿库蚀变带岩石常规三轴试验, 计算得到了抗剪强度参数, 分析了其弱化程度; 采用精度较高的Morgenstern-Price法, 并引入抗剪强度参数的损伤变量, 建立含损伤变量的安全系数隐式表达式, 通过不平衡推力法求得岩体条块间的法向作用力, 多次迭代求得不同干湿循环条件下边坡稳定安全系数, 经历20次干湿循环后, 边坡稳定安全系数显著降低, 存在发生滑坡的潜在威胁。     

硬齿面齿轮层深接触疲劳强度计算方法的探讨

硬面齿轮的齿面硬度和芯部硬度有很大落差,当齿面承受的循环接触应力超过接触疲劳极限时,容易产生齿面点蚀和剥落,这与有效硬化层深度及层深接触应力的分布有关,而设计者往往不验算层深接触强度。根据具体设计工作实践,介绍了防止接触层深强度不足引起齿轮剥落损伤的计算方法。     

圆板式基础应力分析与实验研究

圆板式基础在水塔、烟囱等构筑物中广泛应用,为了更好地了解其受力破坏的真实情况,对圆板式基础进行光弹性应力实验,将实验数据与弹性薄板理论计算结果相对比,并进一步地利用ANSYS对其进行三维有限元弹性分析,为圆板式基础确定其合理的计算分析方法提供了依据。     

三轴压缩岩石应变软化及渗透率演化的试验和数值模拟

三轴压缩下岩石峰后应变软化行为及渗透率演化规律是岩石工程稳定性分析的基础。取新疆巴里坤砂岩样在室内开展了三轴压缩试验和三轴渗流试验,获得了不同围压下巴里坤砂岩的全程应力应变曲线、体积应变与渗透率关系曲线。试验结果表明：随着围压增加,岩石峰后残余强度增加,体积扩容和脆性减弱;随着轴向应变增加,岩石先发生弹性压缩,空隙空间减小,渗透率降低;当应力达到屈服强度,岩石内裂隙开始扩展,渗透率降低速率趋缓;在峰值应力后,岩样破坏,裂隙扩展加速,并伴有新裂隙的萌生,岩样渗透率开始快速增长,岩样的渗透率呈“V”型变化。提出了描述围压对岩石峰后脆性影响的新参数,即脆性模量系数,围压与脆性模量系数之间服从负指数关系。基于脆性模量系数、强度退化指数和扩容指数,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型。在分析体积应变与岩石渗透率之间关系基础上,建立了基于体积应变增透率的岩石渗透率演化模型。在FLAC下模拟了巴里坤砂岩不同围压下的应变软化行为和渗透率演化过程,结果表明：岩石应变软化模型能很好地模拟围压对岩石残余强度、体积扩容和峰后脆性的影响;所示模型能较好地模拟围压和剪胀对岩石渗透率的影响;岩样峰后内部出现了明显的剪切破坏带,剪切破坏带与大主应力的夹角随着围压的增加而增大。在剪切破坏带内单元的渗透率显著增长,最后形成了一个流动通道。