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钻井复合井壁结构性能再探 张固鑫刘日辉 (煤炭科学研究总跣北京建井研究所，100013) 擅薹奎面滩八了并拈井￡奢井t十钻井t遗一蔚花麓土井壁的受力与王彤 札基置善珏剐．对于奢理连用档井井量蛄构弗式．酵止井重出琨局章硅飘事t． 有音积耗而t要时作用。通过计算分析．在蠢■量置主力相暇的情况下．￡夸井 量较鲁遗井壁变形小；在毫■量置吏帮量相同的情死下，置舍井壁较量通井壁承 量炮力走；在蛄构谩计禾威蠢力相同的情无下．置告井童较}通井壁蠢栩量小； 在矗■量相鸬的恃无下。￡夸井壁鞋牛通井量站构设计承毫此力太。 美■谓 ￡告井壁橱蔚混麓土井壁 蛄抽嶂靠 变形 承瘴牲力 l鼍述 钻井并璧正常使用期间出现局部破裂事故是结构承载能力不足的综合体现。因此，合理 的结构设计和合理的结构形式是保证井筒安全使用的重要因素。通常采用的普通钢筋混挺土 井璧受力主要为径向地压力和竖向压力，而井璧内层是无约束的自由面。应该说钢筋混凝土本 身并非标准的三向受力状态。复合井壁是指在井璧截面中设有钢板和混凝土或锕筋混凝土两 种材料的结构形式，本文讨论的是内层钢板一锕筋摁凝土复合并壁结构。虽然有了内层锕板， 由于其在整个复合井璧截面中所占比例程小，钢筋混凝土仍然是受力的主体．但由于有了内层 钢板，钢筋混凝土内翻变形受到了钢板的约束，钢筋混凝土本身成为真正的三向受力状态。普 通钢筋携凝土井壁和复台井壁的钢筋混凝土受力状态不同，导致两种井壁的结构性能不同，即 两种并璧豹受力变形和承载能力不同。只有了解两种井壁舶结构性能差异后．才能合理地选 舞结构形式，才能针对钻井井壁结构局部破坏事故采取相应的对策。本文仅从结构计算的角 度开展研究。因为仅研究分析结构性能，故只考虑井璧结构在水平径向载荷下的变形及承载 能力。水平径岛荷载p按下式计算 si胡I) P=P^(1+ml 式中p-一水平径向载荷最小值； dr不均匀侧压系数； e一计算角度。 2两种井壁结构变形比较 从力学角度讲，混麓土是一种各向异性的材料，它的抗压能力远远优于抗拉能力。一般钢 筋混凝土结构中的混凝土仅承受或仅与钢筋共同承受压力。普通钢筋混凝土井壁承受水平径 向载荷作用后，环向呈受压状态，而井筒内侧径向却呈受拉状态。且变形相对较大(图1)，当这 种径向变形过大时．就有可能超出混凝土的抗拉极限应变，导致结构丧失承载能力。复合井壁 承受水平径向载荷作用后，就整体而言，同样是环向呈受压状态，井筒内侧径向呈受拉状态．但 152 由于内层钢板是一种各向同性的材料，它有与抗压能力相同的抗拉能力，所以井璧的径向变 形．对于内层铜板来说相对较小。同时由于内层钢板的存在限制了钢筋漉凝土径向变形，因而 大大改善了该层筒体舶受力状态(图2)．充分发挥了棍凝土的受力特点。经计算得出，普通钢 筋混凝土井壁(I型井壁，下同)和内层钢板一钢筋混凝土井壁(II型井壁，下同)在几何尺寸、总 配钢量和受力相同的情况下，前者混凝土径向变形较后者大。见表1。 裹l 井壁 井壁 并壁 井壁 并壁 I型井壁 II型井壁II型井壁 径向应交 外半径 厚度 径厚比 配钢率 外压力 混凝土最大 钢板厚度 混凝土最大 比值 径向虚变 径向应变 R1 n (2R】一 p “ ns e E ￡rl rI】 etlrII一‘ h)2_1h一1 (1—1) (|■1) (船h) (弘￡) 6衄) e (uJ