63 钻井井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性计算方法探讨.PDFVIP

维普资讯 煤 炭 工 程 2008年第5期 钻井井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性 计算方法探讨 姚直书 (安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南 232001) 摘 要：针对 目前深钻井工程井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性临界深度计算结果与工程实际 相差较大的难题，论文通过对深钻井井壁筒悬浮下沉到底后的受力分析，建立了新的计算模型， 并基于结构稳定理论与能量法，推导出了第一段高充填前、后井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性，I各 界深度计算新公式，采用实例计算表明，井筒临界深度都大于井壁筒的实际深度，并具有一定的 安全储备，井壁筒不会发生竖向结构失稳 。目前，这一研究结果 已在4个井筒的深钻井工程实践 中得到验证。 关键词：钻井井壁；悬浮下沉；失稳；临界深度；计算方法 中图分类号：TD262．32 文献标识码 ：B 文章编号：1671—0959(2008)O5_()O62_()4 深部煤炭资源丰富，但它们大部分表土覆盖层特厚 ， 据井壁筒实际工况 ，井 口工字钢梁对井壁的约束简化为链 如山东巨野煤 田和安徽展沟煤 田表土覆盖层厚达 500— 杆支座 ，井壁底简化为铰支座 ，计算模型为液体中两端铰 800m。今后，还将要开发表土层更为深厚的煤炭资源。在 支的细长压杆 (见图2)。 如此深厚的表土层 中建井 ，当采用钻井法施工时，钻井井 壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性计算方法是一个急需解决的 理论难题。目前 ，它已成为钻井法在特厚表土层深井中应 用的技术瓶颈。为此 ，本文将对这一问题进行探讨。 1 现行临界深度计算方法介绍 将地面预制好的井壁底，提运到井 口，放入井 内，使 其悬浮在泥浆上，然后，在其上逐节接长预制井壁。悬浮 下沉是根据井壁在泥浆中的平衡原理进行的，由于泥浆浮 力大于井壁重量 ，所以必须要向井筒内灌注配重水 ，考虑 到井壁接长垂直度误差、防止井筒倾斜，下沉时，在井壁 与锁 口之间安装8根工字钢短梁以支撑井筒上端。当井筒 下沉到底、纠偏和固定后，再 向井筒 内灌注充填平衡水， 图1 泥浆中钻井井壁受力分析 以防止第一段高固井充填水泥浆将井壁筒浮起。 根据以上计算模型，现行 《采矿工程设计手册》给出 在井壁筒落底后 ，它相当于液体 中下端闭 口的管状细 了n种规格断面井壁筒竖向结构稳定性临界深度计算公式 长杆件，其长细比可达 50～80，相当于一个细长 自重压杆， 为 一 ： 根据材料力学压杆稳定理论，井壁筒存在竖向结构稳定性 问题，必须要进行力学计算。 泥浆中加入配重水 的井壁筒主要承受5种荷载 (见图 1)：①井壁受到的重力g；②井壁底受到岩石的反力 RA 和泥浆的浮力P ；③井口工字钢梁对井壁的约束反力R ； 1 1O0o ④井壁配重水重力g；⑤泥浆对井壁外表面的压力P 。根 收稿 日期：2008—02—28 基金项目：安徽省教育厅自然科学基金重点资助项 目(~2008A039) 作者简介：姚直书(1963一)，男，安徽舒城人，教授，1984年毕业于淮南矿业学院矿山建设专业 ，主要从事矿山岩土 工程的教学和科研工作。 62 维普资讯 2008年第5期 煤 炭 工 程