冻结孔全长固管封水关键技术 ——流体的流动与混合规律研究
发布时间：2020-12-12 01:00
全深冻结法是复杂含水岩层中最主要的凿井工法,在近年来的推广应用过程中,发生了十余起因冻结孔导水而导致的重大淹井灾害。国内外皆有因不能实现冻结孔全长固管封水,而导致的冻结孔导水工程事故。为了开发冻结孔全长固管封水新技术,本文采用数值模拟和物理模拟方法,研究固管封水新工艺及其过程中流体的流动与混合规律。首先,研究提出了一种利用冻结器进行冻结孔全长固管封水的新工艺,并对配套的冻结管上端快速密封装置和冻结管下端的逆止压浆装置进行了初步设计。该工艺具有可控性强、节省工期与费用、效果可靠等优势。其次,利用数值模拟方法,研究掌握了在该新工艺的压浆、压水和洗管这3个阶段,水泥浆、水和泥浆这3种流体的流动与混合规律。在压浆阶段,研究获得了冻结孔-冻结管-供液管的直径组合、压浆流量、冻结孔壁的粗糙度、冻结管的偏心率、冻结孔的孔径变化率以及冻结孔的偏斜率等因素下,影响水泥浆、水和泥浆流动与混合的规律。并发现:冻结孔、冻结管、供液管内的压力都遵从先减小、后增大的变化规律;紊流状态下流体的驱替效果好;冻结管在冻结孔中的偏心率小时固管效果好。在压水阶段,研究了不同流量条件下流体在冻结管内的混合规律,表明:层流状态...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
密封装置
可求得x nL 0. 5r k=0.1m。考虑到冻结管口部应力复杂、橡胶材料性能参数离散性大，加之为减少橡胶囊的拉伸应变，取富裕系数为 3，在设计中取 Lx=0.3m。（4）橡胶囊材料的选择与厚度设计普通橡胶管膨胀性能好，但耐压性能低[70]。试压、注浆过程中由于压力较大，故选择耐压性较高的钢丝膨胀胶管。钢丝膨胀胶管的外径选为 127mm，内径为 107mm，膨胀后外径最大可达 160mm，大于 Φ159 4mm 冻结管的内直径，满足要求。（5）进、回液管设计试压装置包括进液管和回液管，以 Φ159 4mm 冻结管为例，回液管采用 Φ102 4mm的无缝钢管，长度设置为 500mm，钢丝膨胀胶管内套回液管；进液管采用 Φ63.5 4mm 的无缝钢管长度为 800mm，内套于回液管中，上端与注浆的高压胶管相连，中部与回液管采用阀门密封，下端连接通过接箍与供液管相连。2.2.2 冻结管上端密封装置实验根据 2.2.1 对冻结管上端密封装置的设计，取一定的安全系数后制作出冻结管上端密封装置（如图 2-5）进行试压实验。
再通过密封装置的进液管进行注水加压，如图 2-7 和图 2-8 所示，可以得到密封装置压力与冻结管内压力的关系。图 2-7 试验图 图 2-8 装置加压Figure 2-7 Test chart of freezing pipe and sealingdeviceFigure 2-8 Device pressurization表 2-1 密封装置内压力与冻结管内压力对应关系表Table 2-1 The form of the relationship between the pressure in the sealing device and the pressure in thefreezing pipe.试验编号 密封装置的压力/MPa 冻结管内压力/MPa1 3 2.62 4 3.53 5 4.54 6 5.65 7 6.66 8 7.67 9 8.68 9.5 9.09 10 9.310 11 10.311 12 11.112
本文编号：2911554
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
密封装置
可求得x nL 0. 5r k=0.1m。考虑到冻结管口部应力复杂、橡胶材料性能参数离散性大，加之为减少橡胶囊的拉伸应变，取富裕系数为 3，在设计中取 Lx=0.3m。（4）橡胶囊材料的选择与厚度设计普通橡胶管膨胀性能好，但耐压性能低[70]。试压、注浆过程中由于压力较大，故选择耐压性较高的钢丝膨胀胶管。钢丝膨胀胶管的外径选为 127mm，内径为 107mm，膨胀后外径最大可达 160mm，大于 Φ159 4mm 冻结管的内直径，满足要求。（5）进、回液管设计试压装置包括进液管和回液管，以 Φ159 4mm 冻结管为例，回液管采用 Φ102 4mm的无缝钢管，长度设置为 500mm，钢丝膨胀胶管内套回液管；进液管采用 Φ63.5 4mm 的无缝钢管长度为 800mm，内套于回液管中，上端与注浆的高压胶管相连，中部与回液管采用阀门密封，下端连接通过接箍与供液管相连。2.2.2 冻结管上端密封装置实验根据 2.2.1 对冻结管上端密封装置的设计，取一定的安全系数后制作出冻结管上端密封装置（如图 2-5）进行试压实验。
再通过密封装置的进液管进行注水加压，如图 2-7 和图 2-8 所示，可以得到密封装置压力与冻结管内压力的关系。图 2-7 试验图 图 2-8 装置加压Figure 2-7 Test chart of freezing pipe and sealingdeviceFigure 2-8 Device pressurization表 2-1 密封装置内压力与冻结管内压力对应关系表Table 2-1 The form of the relationship between the pressure in the sealing device and the pressure in thefreezing pipe.试验编号 密封装置的压力/MPa 冻结管内压力/MPa1 3 2.62 4 3.53 5 4.54 6 5.65 7 6.66 8 7.67 9 8.68 9.5 9.09 10 9.310 11 10.311 12 11.112
本文编号：2911554
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