煤矿区油气井井身组合体采动损害特征
发布时间：2021-11-03 10:10
在我国西部以鄂尔多斯盆地为代表的煤油气共生盆地,浅部煤层与深部油气层在垂向空间上叠置分布。煤层长壁工作面采动影响下的油气井变形破坏问题严重制约着煤矿和油气企业的安全高效生产,同时给煤炭、油气行业造成巨大的经济损失。国内外对于该课题的研究目前尚处于初步阶段,特别是针对采动区油气井井身组合体细观采动损害裂隙演化特征及变形动态演化特征的研究相对较少。本文以某矿匹兹堡煤层与深部马塞勒斯页岩气的协调开采为工程背景,通过文献调研、数值模拟、理论分析和对比研究等方法,对采动区油气井井身组合体细观采动损害特征展开研究,主要工作及成果如下:（1）通过二维离散元数值模拟对工作面推进期间油气井水泥环-套管组合体各构件的动态响应特征进行研究,得到了井身组合体各构件间的应力及变形传递规律,各构件间离层裂隙可以成为应力变形传递的隔离带;通过对采动影响下井身组合体内部裂隙发育扩展及破坏模式演化特征的统计分析,得到了组合体内部裂隙沿轴向的分布规律以及随两侧工作面推进的动态演化特征。（2）通过三维有限元数值模拟建立了长壁工作面采动影响下油气井变形破坏特征的三维地质模型,分析了井身组合体在工作面推进过程中剪切应力和水平位...
【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】：129 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界范围内各类一次能源消费及消费比例的统计及预测[9]
工作面瓦斯爆炸，以及原油、压裂液等流体泄漏造成土壤、地表和地下水污染，甚至是像美国墨西哥湾的深水地平线事故一样造成人员伤亡等重大损失[27,35,54-56]。煤层采动区油气井井筒的失稳、破坏不仅使气井生产被迫中断，造成环境的严重污染，同时还会对工作面生产安全产生巨大威胁。而这一问题又与煤层开采区内瓦斯地面抽采井的变形破坏问题研究具有一定的相似性，在研究思路上可以为本文提供一定的借鉴和参考[57-61]。1-导管2-含水层套管3-煤层保护套管4-中间套管5-生产套管6-水泥环σH-最大水平主应力σh-最小水平主应力图1-2油气井“套管-水泥环-围岩组合体”示意图[10]Figure1-2Schematicdiagramof"casing-cement-rockcombination"inoilandgaswells油气井井身是由各级套管、各级水泥环和围岩构成的组合系统。井身系统各构件间存在着复杂的相互作用关系[62-64]。在前人对气井井身组合体的完整性的研究中，油气井组合体构件间破断的先后顺序、套管的层数和破坏形式、水泥环的强度和厚度等关键因素发挥重要的作用。当探讨油气井井身组合结构破坏特征时，井身组合系统各构件必须被考虑[65-68]。而在实际工程实践中，长壁开采区内油气井井身组合体的受力变形以及破坏出现的层位等重要特征，会因为实际地质条件和煤层采动的影响而发生变化。对于煤矿区油气井井身组合体采动损害特征的研究，有助于得到采动区油气井受力变形的一般规律，有利于实现采动影响下油气井井身组合体的完整性保障。同时，关于采动区内井身组合体的裂隙演化特
1绪论91.3.2研究方法与技术路线（1）在阿巴拉契亚盆地实际地质及开采技术条件的基础上，采用UDCE的离散单元数值模拟方法，通过FISH语言统计在煤层开挖条件下井身组合体邻近岩层受采动影响产生的裂隙数目、破坏形式及其发育演化规律。结合数值模拟结果与前人研究得到的在此地区油气井在采动影响下剪切应力、组合体内部离层沿井身轴向的分布规律，分析推断井筒极有可能发生破裂、损毁的区域。并在此区域井筒附近区域岩层采动后裂隙细观发育演化规律及破坏模式特征进一步详细分析，作为后续油气井稳定性保障技术建议提出的基矗（2）采用相同地质条件及力学参数，通过FLAC3D三维数值模拟软件，在模型中对油气井井身进行实体划分，模拟研究采动影响下油气井井身组合体应力、位移沿井身轴向分布变化特征，分析得出油气井组合体受力变形的动态演变规律，对井筒在工作面采动影响下的受力变形范围进行合理预测，为井身组合体材料选取等建议提供理论支撑。（3）基于前述研究得出的采动区油气井细观失稳机理以及井身组合体受力变形的动态演变规律，通过与前人的相关研究及气井失效的工程案例记录进行详细的对比分析，印证本研究的合理性，并对类似地质条件下的气井变形破坏特征进行预测。根据本研究结果并借鉴其他相关研究成果，对应提出保障油气井稳定性及工作面安全开采的相关技术措施。图1-3本研究技术路线图Figure1-3Technicalroadmapforthisstudy
【参考文献】：
期刊论文
[1]生产油气井受煤矿采动影响分析与合理煤柱留设技术研究[J]. 宋文健,王伯生,李辉,王建超,李雅阁,刘航. 煤炭工程. 2018(11)
[2]厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防——以淮南顾桥矿为例[J]. 任波,袁亮,桑树勋,郭华,薛俊华,黄华州,李源,武杰. 煤田地质与勘探. 2018(05)
[3]我国常规与非常规天然气资源潜力、重点领域与勘探方向[J]. 郑民,李建忠,吴晓智,王社教,郭秋麟,于京都,郑曼,陈宁生,易庆. 天然气地球科学. 2018(10)
[4]天然气助力未来世界发展——第27届世界天然气大会（WGC）综述[J]. 李鹭光,王红岩,刘合,李群,张磊夫. 天然气工业. 2018(09)
[5]全球油气资源潜力与分布[J]. 童晓光,张光亚,王兆明,温志新,田作基,王红军,马锋,吴义平. 石油勘探与开发. 2018(04)
[6]煤油气共生矿井围岩气多因素耦合区域预测技术——以鄂尔多斯盆地黄陵矿区为例[J]. 陈冬冬. 煤田地质与勘探. 2018(02)
[7]煤层气井割理煤岩井壁稳定性影响因素分析[J]. 孙正财,刘向君,梁利喜,熊健. 煤炭科学技术. 2018(04)
[8]禾草沟煤矿综采面过油井技术研究及应用[J]. 陈义东,王金国,陈度军. 煤炭技术. 2017(07)
[9]禾草沟煤矿采掘工作面过油气井关键技术研究[J]. 王金国,陈盼. 煤炭技术. 2017(04)
[10]Effects of longwall-induced stress and deformation on the stability and mechanical integrity of shale gas wells drilled through a longwall abutment pillar[J]. Daniel W.H.Su. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(01)
博士论文
[1]长壁开采区内垂直页岩气井稳定性研究[D]. 梁顺.中国矿业大学 2015
[2]深部应力场系统评价与油气井井壁稳定性分析研究[D]. 梁利喜.成都理工大学 2008
硕士论文
[1]残留煤柱影响下下伏近距离煤层开采覆岩运动规律研究[D]. 武越超.中国矿业大学 2017
本文编号：3473507
【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】：129 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界范围内各类一次能源消费及消费比例的统计及预测[9]
工作面瓦斯爆炸，以及原油、压裂液等流体泄漏造成土壤、地表和地下水污染，甚至是像美国墨西哥湾的深水地平线事故一样造成人员伤亡等重大损失[27,35,54-56]。煤层采动区油气井井筒的失稳、破坏不仅使气井生产被迫中断，造成环境的严重污染，同时还会对工作面生产安全产生巨大威胁。而这一问题又与煤层开采区内瓦斯地面抽采井的变形破坏问题研究具有一定的相似性，在研究思路上可以为本文提供一定的借鉴和参考[57-61]。1-导管2-含水层套管3-煤层保护套管4-中间套管5-生产套管6-水泥环σH-最大水平主应力σh-最小水平主应力图1-2油气井“套管-水泥环-围岩组合体”示意图[10]Figure1-2Schematicdiagramof"casing-cement-rockcombination"inoilandgaswells油气井井身是由各级套管、各级水泥环和围岩构成的组合系统。井身系统各构件间存在着复杂的相互作用关系[62-64]。在前人对气井井身组合体的完整性的研究中，油气井组合体构件间破断的先后顺序、套管的层数和破坏形式、水泥环的强度和厚度等关键因素发挥重要的作用。当探讨油气井井身组合结构破坏特征时，井身组合系统各构件必须被考虑[65-68]。而在实际工程实践中，长壁开采区内油气井井身组合体的受力变形以及破坏出现的层位等重要特征，会因为实际地质条件和煤层采动的影响而发生变化。对于煤矿区油气井井身组合体采动损害特征的研究，有助于得到采动区油气井受力变形的一般规律，有利于实现采动影响下油气井井身组合体的完整性保障。同时，关于采动区内井身组合体的裂隙演化特
1绪论91.3.2研究方法与技术路线（1）在阿巴拉契亚盆地实际地质及开采技术条件的基础上，采用UDCE的离散单元数值模拟方法，通过FISH语言统计在煤层开挖条件下井身组合体邻近岩层受采动影响产生的裂隙数目、破坏形式及其发育演化规律。结合数值模拟结果与前人研究得到的在此地区油气井在采动影响下剪切应力、组合体内部离层沿井身轴向的分布规律，分析推断井筒极有可能发生破裂、损毁的区域。并在此区域井筒附近区域岩层采动后裂隙细观发育演化规律及破坏模式特征进一步详细分析，作为后续油气井稳定性保障技术建议提出的基矗（2）采用相同地质条件及力学参数，通过FLAC3D三维数值模拟软件，在模型中对油气井井身进行实体划分，模拟研究采动影响下油气井井身组合体应力、位移沿井身轴向分布变化特征，分析得出油气井组合体受力变形的动态演变规律，对井筒在工作面采动影响下的受力变形范围进行合理预测，为井身组合体材料选取等建议提供理论支撑。（3）基于前述研究得出的采动区油气井细观失稳机理以及井身组合体受力变形的动态演变规律，通过与前人的相关研究及气井失效的工程案例记录进行详细的对比分析，印证本研究的合理性，并对类似地质条件下的气井变形破坏特征进行预测。根据本研究结果并借鉴其他相关研究成果，对应提出保障油气井稳定性及工作面安全开采的相关技术措施。图1-3本研究技术路线图Figure1-3Technicalroadmapforthisstudy
【参考文献】：
期刊论文
[1]生产油气井受煤矿采动影响分析与合理煤柱留设技术研究[J]. 宋文健,王伯生,李辉,王建超,李雅阁,刘航. 煤炭工程. 2018(11)
[2]厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防——以淮南顾桥矿为例[J]. 任波,袁亮,桑树勋,郭华,薛俊华,黄华州,李源,武杰. 煤田地质与勘探. 2018(05)
[3]我国常规与非常规天然气资源潜力、重点领域与勘探方向[J]. 郑民,李建忠,吴晓智,王社教,郭秋麟,于京都,郑曼,陈宁生,易庆. 天然气地球科学. 2018(10)
[4]天然气助力未来世界发展——第27届世界天然气大会（WGC）综述[J]. 李鹭光,王红岩,刘合,李群,张磊夫. 天然气工业. 2018(09)
[5]全球油气资源潜力与分布[J]. 童晓光,张光亚,王兆明,温志新,田作基,王红军,马锋,吴义平. 石油勘探与开发. 2018(04)
[6]煤油气共生矿井围岩气多因素耦合区域预测技术——以鄂尔多斯盆地黄陵矿区为例[J]. 陈冬冬. 煤田地质与勘探. 2018(02)
[7]煤层气井割理煤岩井壁稳定性影响因素分析[J]. 孙正财,刘向君,梁利喜,熊健. 煤炭科学技术. 2018(04)
[8]禾草沟煤矿综采面过油井技术研究及应用[J]. 陈义东,王金国,陈度军. 煤炭技术. 2017(07)
[9]禾草沟煤矿采掘工作面过油气井关键技术研究[J]. 王金国,陈盼. 煤炭技术. 2017(04)
[10]Effects of longwall-induced stress and deformation on the stability and mechanical integrity of shale gas wells drilled through a longwall abutment pillar[J]. Daniel W.H.Su. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(01)
博士论文
[1]长壁开采区内垂直页岩气井稳定性研究[D]. 梁顺.中国矿业大学 2015
[2]深部应力场系统评价与油气井井壁稳定性分析研究[D]. 梁利喜.成都理工大学 2008
硕士论文
[1]残留煤柱影响下下伏近距离煤层开采覆岩运动规律研究[D]. 武越超.中国矿业大学 2017
本文编号：3473507
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