水泥环对套管外载的影响规律研究

油气井完钻后，套管与水泥环连为一体，套管外载的大小与水泥环的力学性质有关。针对水泥环对套管卸载的问题，不同学者有不同见解。为此，建立了水泥环、套管组合体受均匀外压的弹性力学模型，推导出了水泥环、套管组合体的刚度和套管外载表达式，研究了水泥环弹性模量、泊松比及其厚度对套管外载的影响规律。研究表明，在均匀地应力下，水泥环不能减轻套管外载，反而致使套管受力恶化，加速套管损坏。研究成果与某些油田的实际情况吻合，可用于指导固井设计。     

水泥环参数和套管形状参数对套管强度的影响

目前,国内外均面临着严重的套管损坏问题,因此研究套管强度的影响因素是必要的.通过建立套管和水泥环的三维有限元模型,并利用Ansys有限元分析软件研究了水泥环参数、套管偏心率和椭圆度对套管强度的影响.模拟结果表明,只有水泥环的弹性模量超过一定值,增加水泥环的厚度、弹性模量才能提高套管的强度,否则还会增加套管内壁的等效应力,并且得出了水泥环对套管强度的增幅效果是套管径厚比的函数;此外套管的强度随着套管偏心率和椭圆度的增加而大幅度降低,容易引起套管屈服破坏.     

动压条件下大直径套管应力分布规律研究

结合塔山煤矿三盘区具体情况,对比分析了大直径钻孔套管塑性区内径向应力和切向应力,得出塑性区内径向应力明显小于切向应力,由此可以确定套管在塑性区内的引起套管损坏主要因素为切向应力。适当增加套管厚度,合理选择套管材质,均能够有效防止套管被挤毁破坏。     

水泥环弹性模量和厚度对套管外挤载荷影响的理论研究

针对水泥环弹性模量变化对套管强度是否有帮助的讨论,采用弹性力学分析方法研究了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤荷载的影响规律。研究认为,在岩性较软的地层,应选用刚度较大的水泥环,可帮助套管抵卸一部分载荷;在地层岩性较硬时,选用刚度小的水泥环有助于提高套管抵抗外挤载荷能力。理想的水泥环特性应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷、低刚度降低载荷传递系数,从而达到保护套管目的;单纯增加水泥环的厚度不一定能够改善套管的受力情况,只有当水泥环弹性模量大于一定值后,加大其厚度可改善套管的受力状况。因此,在实际现场中,应根据具体的地层情况,调整水泥浆特性,达到最好的固井效果。     

轴向拉应力对钻井套管剪切变形时应力特征的影响规律研究

基于煤层开采条件下上覆岩层的运动规律,采用Ansys软件建立了钻井套管剪切变形数值模拟模型,研究了轴向拉应力对套管剪切变形时的应力特征的影响规律。结果表明随着套管承受拉应力的增大,剪切面上Mises应力最大值和套管上承受较大Mises应力的区域面积均增大,说明拉应力越大,套管越易发生剪切破坏,且套管易发生剪切破坏的区域也越大。研究结论解释了工程中套管剪切破断的区域主要位于软硬岩层交界处(上硬下软组合)和关键层区域的原因。     

真三轴应力下注蒸汽过程中无烟煤煤体内温度场分布规律研究

利用实验室自行组装的实验设备,进行了真三轴压力下单裂缝无烟煤煤体注蒸汽热响应特征研究实验。结果表明:预制裂缝面测点温度的升温过程具有明显的阶段性,可分为常温-沸点的升温阶段,温度为沸点的蒸汽相变阶段,高于沸点的升温阶段;且距离蒸汽进口端越远,在第2阶段保持的时间越长;在轴压侧压均为7.5 MPa,蒸汽压力为1 MPa的情况下,蒸汽注入无烟煤后,热量主要靠热传导方式使非裂隙面煤体升温;利用COMSOL对实验情况进行数值模拟,利用二分法的思路选取热传导系数,将模拟值与实验值进行对比分析,最终得到无烟煤的热传导系数。     

非常规气藏储层改造体积评价方法研究

为精确描述非常规气藏压裂后的复杂流动特征及定量评价储层改造体积(S RV),利用自主研发的缝网重构算法"破裂树生长法"建立压后缝网模型,并以此为基础提出了使用拟稳态流动时特定的压力等值线来确定SRV范围的定量评价方法,最后以长宁201井区为例进行了矿场实例分析.该方法根据微地震监测点的位置,重构出微裂缝网的连通关系.在...     

采动影响下煤层瓦斯运移规律研究

煤层中的瓦斯流动是一个瓦斯气体运移与煤层固体变形之间相互耦合的复杂过程。以鹤煤三矿3号煤层4101工作面为研究对象,建立了双重孔隙特性瓦斯运移数学模型,借助有限元方法量化分析了气体运移、钻孔破坏之间的气固耦合现象,分析了塑性破坏对渗透率的影响,并利用Comosol研究了注入空气对瓦斯压力、流量的作用过程。现场试验表明,数值模拟所得结果较好地匹配了现场瓦斯压力结果,数据间的差异可能来自于对煤层赋存环境的理想简化,所建立抽采模型可以用于矿井抽采钻孔参数设计与抽采效果评价。     

高瓦斯厚煤层覆岩裂隙瓦斯分布规律及抽放研究

为了研究某煤矿厚煤层综放面开采覆岩裂隙演化和瓦斯运移规律,用理论分析和现场工程实践相结合的方法,在某矿进行了煤与瓦斯共采试验。研究得出,经过几次周期来压后,采空区的中部裂隙被压实,形成了通裂隙发育的“O”形圈;经过瓦斯抽采效果分析得出,在距离顶板大约40 m位置处、水平距回风巷33~43 m位置处,是布置抽采钻孔最合适的区域;采用顶板裂隙带钻孔+瓦斯尾巷抽采技术,可有效解决工作面回风巷上隅角瓦斯超限的问题。研究为实现煤与瓦斯共采提供了一定的技术支持。     

综采工作面巷道内瓦斯分布规律研究

为了研究综采工作面巷道内瓦斯运移规律,摸清瓦斯流动的状态,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,理论分析得到了工作面风流特性及瓦斯运移规律,数值模拟得到了瓦斯异常释放后工作面瓦斯浓度分布变化情况及工作面正常工作瓦斯浓度分布,然后进行现场试验,试验结果和数值模拟结果相似。研究为工作面瓦斯治理提供了技术支持。     

非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律研究

为了提高煤矿瓦斯抽采率,节约瓦斯抽采时间,分析了非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律,采用透气性系数研究了非均质煤层瓦斯压力分布特点;分析了非均质煤层单钻孔瓦斯压力分布、原始瓦斯压力、原始透气性系数对有效抽采半径的影响。研究对指导现场瓦斯抽采以及促进煤矿安全生产具有重要意义。     

采动覆岩应力变化规律分析

为了研究采动覆岩应力变化规律,采用理论研究和数值模拟,理论分析了采场底板岩体支承压力分布、采动裂隙场的空间形态;采用FLAC^3D数值模拟了不同推进距离下水平剖面的应力分布和塑性破坏分布。研究得出,采动覆岩裂隙圈呈现典型的直接顶破断“O-X”型特征,采动塑性破坏区呈中间低和两端高的马鞍分布状态;底板和上覆岩层应力呈3个不同应力区域。     

综采工作面应力场分布规律研究

为了确定某综采工作面在回采过程中巷道围岩的应力分布、“竖三带”、“横三带”的范围和形态,采用ANSYS数值模拟软件,对不同工作面推进距离下支承压力分布、最小主应力和最大主应力、不同测点上的支承压力分布规律进行了分析。研究为巷道支护参数的设计和瓦斯抽采合理层位的选择提了理论基础。     

成庄矿地质构造主应力方向及断层发育规律研究

为了确保矿井安全开采,根据成庄矿区域地质构造单元的实际情况和矿井煤层发育图,分析了区域构造主应力方向及矿井煤层倾向,以矿井实际揭露断层数据为基础,对井田的地断层倾向发育规律进行了分析,并利用基础资料绘制了矿井断层倾向玫瑰花图,得到了断层主应力方向与区域构造主应力方向和煤层倾向方向之间的关系。研究为矿井后期在掘进、回采过程中遇到地质构造时提供依据和理论支持。     

不同层位参数下高抽巷瓦斯抽采效果研究

随着工作面推进速度的加快及工作面生产能力的逐渐提高,导致工作面瓦斯涌出量增大,瓦斯是煤矿生产的主要危险源。从理论分析、数值模拟和现场实际相结合的方法,对工作面瓦斯涌出、竖直三带划分特征进行分析,然后数值模拟分析了不同层位参数下高抽巷瓦斯抽采效果。研究得出:该煤矿瓦斯主要包括煤壁瓦斯涌出、采空区瓦斯涌出和采落煤瓦斯涌出;经过多次周期来压后,在采空区形成了采动裂隙“O”形圈;由硬覆岩岩性的经验公式计算煤矿裂隙带最大高度为75~85 m、垮落带距煤层顶板最大高度为30~40 m;选择H=40 m,L=25 m时,能够达到最优抽采效果。对高抽巷合理层位的选择以及优化,是确保高抽巷高效、安全抽采的有效途径。