采动区瓦斯抽采钻井固井套管的力学特性研究

发布时间：2017-08-26 08:20

  本文关键词：采动区瓦斯抽采钻井固井套管的力学特性研究

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【摘要】：地面钻井抽采采动卸压煤层及采空区瓦斯是一种有效的瓦斯治理方法,然而由于受开采活动的影响,当回采工作面推过地面钻井位置时,钻井往往容易发生破坏,从而使得钻井丧失抽采效能。本论文采用理论分析、实验室试验、数值模拟与现场应用相结合的方法,设计并构建了套管剪切破坏的实验平台,分别研究了套管层数的变化和双层套管间填充材料的变化对套管力学特性的影响,通过与数值模拟的方法相结合得出了地面钻井套管剪切破坏规律,研究成果在山西余吾煤矿进行了实际应用。通过理论分析和采用FLAC3D软件模拟计算煤层的开采过程,得到采空区上覆岩层的移动变形规律:(1)在煤层的开采过程中,采场上覆岩层的非均匀移动与变形对地面钻井套管的破坏作用很大,而地面钻井的破坏主要有以下两种破坏模式:拉伸破坏模式和剪切破坏模式;(2)随着工作面不断向前推进,发生拉伸破坏和剪切破坏的区域范围逐渐扩大,塑性破坏区域在距顶板23.2~48.2m范围内最为集中,甚至在最高距顶板90.4m处的岩层也出现较为严重的破坏,而且主要靠近进回风侧0~30m范围内。通过研究套管层数的变化和双层套管间填充材料的变化对套管力学特性的影响,得出以下结论:(1)双层套管服务寿命和最大位移变形量分别为单层套管的2.5倍和2.33倍,表明使用双层套管可以提高套管的抗剪切性能,延长套管使用寿命;(2)双层套管所能承受的最大载荷力和切应力与双层套管间的填充材料有关,套管间填充材料的硬度越大,所能承受的最大载荷力和切应力越大,当双层套管所受载荷力较大时(超过自身所能承受的最大载荷力),双层套管间填充材料的硬度越小,套管的服务寿命越长久;(3)从工程实践的角度考虑,应向双层组合套管间填充水泥浆液,不仅套管的抗变形能力和服务寿命都得到了提高,而且还具有操作起来方便简单和成本低廉等优点,性价比极高。研究成果在山西余吾煤矿进行了工业试验,地面钻井抽采瓦斯效果显著:3#钻井的瓦斯抽采总量约为1#钻井和2#钻井的2倍,且抽采时间最长。表明通过对双层组合套管间填充水泥砂浆,套管的抗变形与破坏能力得到了显著提高。
【关键词】：地面钻井 双层套管 剪切破坏 瓦斯抽采
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-25
• 1.1 研究背景与意义17-19
• 1.2 国内外研究现状19-23
• 1.3 主要研究内容及技术路线23-25
• 2 采场上覆岩层移动对地面钻井变形破坏影响25-34
• 2.1 采动对采场变形的影响25-27
• 2.2 采动对上覆岩层变形破坏的数值模拟27-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3 地面钻井套管剪切力学特性试验34-54
• 3.1 试验系统的构建34-39
• 3.2 试验过程39-43
• 3.3 试验结果及分析43-52
• 3.4 本章小结52-54
• 4 地面钻井套管剪切破坏的数值分析54-65
• 4.1 套管形状变化54-56
• 4.2 数值模型的建立56-58
• 4.3 模拟结果的分析58-63
• 4.4 本章小结63-65
• 5 工业性试验65-77
• 5.1 试验区域概况65-67
• 5.2 井身结构设计67-69
• 5.3 瓦斯抽采效果分析69-75
• 5.4 本章小结75-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 主要结论77-78
• 6.2 创新点78
• 6.3 研究展望78-79
• 参考文献79-82
• 作者简历82-84
• 学位论文数据集84

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本文编号：740637