西部地區(qū)深基巖凍結(jié)井筒井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化研究.pdf

1、2000年以來(lái)，隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，該地區(qū)開(kāi)始了有史以來(lái)最大規(guī)模的煤炭新井建設(shè)。西部地區(qū)多為白堊系侏羅系地層，工程與水文地質(zhì)條件與華北沉積平原東部地區(qū)差異很大。我國(guó)現(xiàn)行凍結(jié)法鑿井設(shè)計(jì)與施工規(guī)范（規(guī)程）均基于東部地區(qū)條件，不能簡(jiǎn)單套用。西部地區(qū)凍結(jié)法鑿井多為穿越白堊系侏羅系地層深井基巖凍結(jié)，凍結(jié)壓力小，地層以孔隙水滲流場(chǎng)為主，白堊系侏羅系巖遇水砂、泥化是其顯著特點(diǎn)。采用單層結(jié)構(gòu)井壁雖可降低成本，但井壁接茬漏水嚴(yán)重。工程實(shí)踐表明，

2、采用雙層井壁結(jié)構(gòu)通過(guò)壁間注漿，可有效封堵井筒漏水。但簡(jiǎn)單采用現(xiàn)行規(guī)范，勢(shì)必造成內(nèi)層井壁過(guò)厚。岡此，基于西部地區(qū)條件，研究雙層井壁結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，優(yōu)化內(nèi)層井壁設(shè)計(jì)，有效降低其厚度，是西部地區(qū)深井凍結(jié)急待解決的技術(shù)問(wèn)題。
　　本文基于西部地區(qū)特點(diǎn)，揭示深基巖凍結(jié)法鑿井雙層井壁結(jié)構(gòu)受力特性，為優(yōu)化井壁設(shè)計(jì)提供依據(jù)。首先，將井壁橫截面視為平面問(wèn)題，建立井壁力學(xué)模型，給出內(nèi)壁應(yīng)力計(jì)算公式，分析其受力狀態(tài)。然后，通過(guò)相似模型試驗(yàn)，研究在均布圍壓

3、作用下井壁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，得出內(nèi)壁內(nèi)、外側(cè)緣最大應(yīng)力和極限承載力。其后，使用有限元分析軟件ABAQUS，建立井壁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，數(shù)值模擬井壁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，比較模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了模型試驗(yàn)結(jié)果的正確性。最后，根椐理論與試驗(yàn)結(jié)果，給出了適應(yīng)西部地區(qū)基巖深井凍結(jié)雙層井壁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)，為井壁優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要參數(shù)。研究結(jié)果表明，由混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)計(jì)算井壁的極限承載力是可行的，同時(shí)由混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)優(yōu)化井壁厚度符合井壁真實(shí)受力