煤炭地下气化高温喷淋井筒温度应力场研究

煤炭地下气化是对传统物理采煤技术补充的新一代化学采煤技术。气化过程中井筒受到高温和内压载荷的共同作用。针对煤炭地下气化生产井井身结构特点,基于传热理论建立了环空喷淋注水降温条件下的井筒瞬态温度计算模型,结合井筒压力模型基础上,根据弹性力学及壁圆筒理论建立了套管–水泥环–地层围岩组合体温度应力场计算模型。结果表明:高温时,井筒各部分因热膨胀或热收缩受限制而使井筒应力增加。在自然降温条件下套管、水泥环的理论计算最大应力分别为2640.6、151.3 MPa,均超过本身材料许用压应力,在不考虑温度时,套管、水泥环轴向应力分别只有28.4、15.0 MPa,远小于考虑温度时的结果;在环空注水降温方式下,通过控制喷淋腔温度能够有效降低井筒应力;随着套管内压增大,井筒应力也随之增大,且套管内压变化会造成套管和水泥环应力方向发生改变,在对其进行强度校核时需要分情况讨论;在水泥环两侧交面处的应力落差一般较大,水泥环性能参数也与井筒应力密切相关,随着水泥环弹性模量降低或泊松比增加套管-水泥环的应力随之降低,即胶结性能好,高韧性、高泊松比性能的水泥环材料能够降低套管-水泥环应力。上述研究认识可以为煤炭地下气化生产井结构设计及生产工艺提供借鉴。

肯尼亚OLKARIA高温地热井钻井技术应用

地热资源是蕴藏丰富且无污染的清洁能源。因石油、煤炭等传统能源逐渐枯竭,开发地热资源成为未来缓解能源危机的一个重要途径。肯尼亚地下蕴含大量的高温地热资源,OLKARIA是肯尼亚地热面积最大的区块,地热面积大约80km2。该区块是一个火山喷发岩沉积的开放性隆起构造。在钻井过程中存在地下温度高(最高可达到350℃),地层严重漏失,定向轨迹控制难度大,钻具磨损严重,卡钻事故频繁,钻井速度慢等技术难题。针对这些问题,长城钻探公司开展了肯尼亚高温地热井定向钻井技术研究,经过近3年的室内研究和现场实践,形成了高温定向钻井、空气泡沫钻井液、钻具防磨损、钻井提速、井筒降温盲钻等高温地热井钻井技术,成功解决了以上难题,现场应用取得了明显效果。