超深厚表土层钻井井壁底的方案优化设计

文章采用数值计算方法,通过对4种半椭圆回转式井壁底和12种削球式井壁底的力学特性进行分析,得出削球式井壁底的承受外载的能力好于半椭圆回转式。对削球式井壁底结构形式进一步分析,得出了削球式井壁底的最佳结构形式及其应力分布规律,为两淮和山东等矿区超深厚表土层钻井井壁底设计计算提供一定的理论依据。

特厚表土层钻井井壁底结构分析与设计优化

针对目前特厚表土层深钻井工程井壁底常用设计计算方法不能反映结构的细部应力特征、且支承环应力与实际状态不符的难题,采用有限元法对淮南张集煤矿西区进风井井壁底结构进行了数值分析,计算结果表明,原设计井壁底结构中壳体与支承环相交处内缘径向应力最大,为-34.54 MPa.在井壁底结构设计时,可取支承环高度2.0 m进行计算.通过设计优化,井壁底结构中最大应力得到大大降低,只有-12.68 MPa,满足了设计强度要求.工程实测结果表明,优化后井壁底结构中实际钢筋的最大应力为-67.20 MPa,混凝土最大应变为-351με,且都远小于他们的设计值.优化后的井壁底不但节约了混凝土浇灌量,更为重要的是中间部位没有浇灌实,为后面破锅底爆破工作创造了自由面,加快了施工进度.

深厚冲积层钻井井壁底力学特性实验研究

用相似材料对钻井井壁底的力学特性进行了实验研究。结果表明：由于削球部位的经向应力较大，该部位出现的破坏裂纹多为沿圆周方向的锯齿状裂纹，并且破坏位置均在削球与支承环交界处；另外由于支承环部位的环向应力较大，井壁底支承环部位出现的破坏裂纹多为与竖直方向呈45°～60°夹角的斜裂纹，由此可见，钻井井壁底的破坏均属压剪破坏。由实验和有限元计算结果可知，井壁底的最危险截面在支承环与削球部位交界处，因此在进行井壁底设计时，可以考虑对井壁底进行局部加强，以减少支承环与削球交界处的应力集中。

特厚表土层削球式井壁底的受力机理及影响因素分析

以拟建中的山东某矿风井(钻深760m左右)为原型,采用数值计算方法对削球式井壁底的受力机理及影响因素进行了系统研究,得出了影响削球式井壁底受力的主要因素,提出了改善井壁底受力状态的最佳圆心角概念,推导出最佳圆心角与厚径比的关系式,为今后特厚表土层钻井井壁底设计计算提供了参考依据。

特厚表土层钻井井壁底的数值计算与试验研究

依据山东万福矿井的地质条件,采用Ansys软件进行削球式井壁底模型计算,提出了最佳圆心角的概念,得出了最佳受力形式削球式井壁底结构。通过模型试验,揭示了井壁底的破坏形式和极限承载力,为今后特厚表土层钻井井壁底的应用提供理论与试验基础。

削球式及椭圆回转式钻井井壁底力学性能分析

钻井法凿井是采用大型钻井机经一次或几次扩孔施工竖井井筒的方法,钻井底部井壁底结构承受最大的水泥浆压力,容易发生破坏。根据钻井井壁底飘浮下沉中的实际工况建立模型,采用ANSYS计算软件对削球式和椭圆回转式2种井壁底的力学性能进行有限元分析,分析2种井壁底的应力分布规律和受力的主要影响因素,同时选取受力形式相对较好的削球式和椭圆回转式模型进行关键点受力比较,提出了对深厚表土层钻井井壁底的最佳结构形式,为今后采用钻井设计与施工时选择最佳井壁底结构形式提供参考。