绝热温升影响的冻结井壁温度场变化规律
钻井作业中泥页岩地层井壁稳定受温度影响的规律研究
式 中 ，Ｔ 为 温 度 ，Ｋ；Ｐ 为孔 隙压 力 ，ＭＰ ；Ｃ ａ 。为
热 扩散 系数 ； 。为 与 热扩 散 有 关 的耦 合 系数 ；Ｃ为 Ｃ
流 体扩 散系 数 ；Ｃ为 与流体 扩散 有关 的耦 合系数 。 ｚ 对 于泥 页岩 ，Ｃ 。 Ｃ 比 。小 得 多 ，因 此 温 度 控制 方程 中的压力项 可 以忽 略 ，从 而使 问题 解耦 。解耦
定 性 产 生影 响 。详 细研 究 了温 度 对 泥 页岩 近 井 地 带 孔 隙 压 力 分 布 的 影 响 ，建 立 了温 度 场 和 地 层 孔 隙 压 力 耦 合 的 多 孔 弹
性 模 型 ，给 出 了温 度 和 孔 隙压 力 的 计 算 公 式 ；应 用 差 分 方 法 求 解 了温 度 场一 层 孔 隙压 力 耦 合 模 型 ，分 析 了近 井 地 带 地
发 潜 力 的研 究 工作 。
ｏ粤 ＋ ） ［ 十 ｏＬ （ 十 望 ，
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维普资讯
第 ３ ５卷 第 ２期 ２０ ０ ７年 ３ 月
石
油
钻
探
技
术
Ｖｏ１ ３ ． ５， Ｎｏ． ２
Ｍ ａｒ ．， ２ ００７
Ｐ ＥＴＲ０ＩＥＵＭ ＤＲＩ ＮＧ ＴＥＣＨ ＮＩ ＬＩＩ ＱＵＥＳ
固 井 与 泥 浆
钻井作业中泥页 岩地层井壁稳定受温度影响的规律研究
井 液温 度 比地 层温 度低或 高 时 ，会分 别 降低或 增加
孔 隙压力 和周 向应 力 。钻井液 温度低 于地层 温 度有 利 于井 眼稳定 ，而 钻井液 温度 高于地 层温 度则不 利 于井 眼稳 定 。钻井液 和地层 的温度差 会导致 近井 地
井眼循环温度分布规律
（ 江汉石油管理局钻井公司） 摘 要 结合 实际运用分析各种井内温度确定方法， 并根据能量守恒的原理 ， 结合传热学和流
体力学的基本原理， 建立了相应的井眼 内温度数学模型和确定任意时刻、 井深处的钻具 内和环空中 的温度值 的计算公 式。
主题 词 循 环温度 数 学模 型 温度 分布 钻 井工程 ‘
第一作者简 介 宋金初 ， ， 男 长江大学钻井工程硕士 ， 现 任 巴基斯坦钻井项 目部经理。
・
５‘ ２・
江
汉
石
油
科
技
１ ６卷
钻具 内 ・ 环 空 － ・ ・ ・
● －
地层
能， 例如密度、 热传导率和比热与温度无关 ， 钻井液 在高压的环境下是不可压缩的； （） ５ 钻具内和环空内的钻井液在径 向上温度是 相同的， 即在钻具和环空 中的钻井液都不存在着径 向上的温度梯度 ；
２ 井眼循环温度数学模 型
根据钻井液的循环过程将井眼内的热交换过程 分为下行、 钻头到井底和上返三个阶段， 各过程及热 交换形式如图 １ 所示。
式来估计井下的循环温度， 易导致在 固井施工时发 生一些事故和固井质量问题 ， 给油气田开发造成极大
经济浪费。因此准确地确定井眼内温度分布情况对 安全高效地完成钻完井工程具有十分重要的意义。
深井计算误差大 ， 使用时查表较麻烦
需要大量井 的实践 ， 不同区域经验公式不同 计算模型建立 困难 ， 公式推导烦琐
方法简单 ， 使用方便
计算结果准确 ， 适用范 围广
（ ） 眼内， １井 由于轴 向上的热传导的热量要远 低于径向热对流交换的热量 ， 它对温度 的影响因此 可 以略去不计 ；
新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究_陈晓祥
新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究陈晓祥，徐仪昌（河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作454000）摘要：基于一种新型单层井壁结构，利用数值计算方法，对变温度、变弹性模量、变约束条件的井壁温度和膨胀应力场进行了深入研究，结果表明，加入膨胀剂的新型井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态，井壁径向不会开裂；采用微膨胀混凝土能在井壁竖向产生最大约1．59MPa的压应力，有效防止了井壁温度裂缝的形成；温度拉应力仅出现在距井壁表面100mm 左右，拉伸裂缝属于浅表裂缝，且井壁内缘的竖向配筋将有助于抑制水平裂缝的出现；微膨胀混凝土可以在井壁环向最大提供2．8MPa 的环向压应力，使井壁在环向始终受压．研究结果对于单层井壁的设计与施工具有重要的指导意义．关键词：单层冻结井壁；温度应力；膨胀应力中图分类号：TD265．34文献标识码：A 文章编号：1673-9787（2012）03-0272-07Numerical simulation study of expansion and thermal stress fieldin new type of monolayer freezing shaft liningCHEN Xiao-xiang ，XU Yi-chang（School of Energy Science and Engineering ，Henan Polytechnic University ，Jiaozuo 454000，Henan ，China ）Abstract ：Based on a new type of monolayer shaft lining structure ，numerical calculation method was used to in-depth study the temperature and expansion stress field in shaft lining of variable temperature ，variable elas-tic modulus ，variable constraints．The findings indicated that the new type of shaft lining which is added with expansion agent in the pouring process is in a compressive state ，shaft lining radial will not crack．In shaft lin-ing vertical produces a maximum of about 1．59MPa compressive stress when using slight-expansion concrete ，effectively prevent the formation of the temperature cracks in the shaft lining．Temperature stress only appears in the shaft lining surface from about 100mm ，tensile fracture belongs to the superficial cracks ，and the verti-cal reinforcement on the inner edge of the shaft lining will contribute to the inhibition of horizontal fracture．Slight-expansion concrete can provide a maximum 2．8MPa circumferential compression stress in the lining ring ，making the shaft lining always under compression in the lining ring．The results have important guiding significance in the design and construction of monolayer shaft．Key words ：monolayer freezing shaft lining ；temperature stress ；expansion stress第31卷第3期2012年6月河南理工大学学报（自然科学版）JOURNAL OF HENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY （NATURAL SCIENCE ）Vol．31No．3Jun．2012收稿日期：2012-01-24基金项目：国家科技支撑计划项目（2006BAB16B01）；河南省重点学科项目（504906）；河南省教育厅自然科学研究计划项目（2009B560004）；河南理工大学博士基金资助项目（648234）．作者简介：陈晓祥（1979—），男，江苏淮安人，工学博士，副教授，主要从事巷道围岩控制和岩土特殊施工技术方面的研究和教学工作．E-mail ：chenxxiang@163．com0引言带夹层的双层复合井壁是我国冻结井普遍采用的井壁结构形式，但存在着结构复杂，井壁总厚度大的缺点［1］．因此，中国矿业大学提出了一种新型单层井壁结构［2］．该井壁采用微膨胀混凝土补偿了部分温差，且在井壁竖向产生一定的预压应力，并部分或全部地变上、下段井壁的新老混凝土直接接触为混凝土与接茬板接触，提高了接茬的止水性能．新型单层井壁接茬板有多种形式，本文研究的新型单层井壁接茬板为“━”形．冻结井壁作为一种大体积混凝土结构，发生开裂的根本原因之一在于混凝土变形受阻而诱发约束应力，当约束拉应力超过混凝土抗拉强度时，导致拉伸裂缝出现．因此，为保证单层井壁的密封性，确保井壁混凝土内部不产生温度裂纹，开展新型单层井壁温度应力和膨胀应力场研究，无论是对于井壁的设计与施工，还是对于冻结壁的安全与稳定性分析，都具有重要的指导意义．1数值计算中的几个关键问题1．1冻结壁对井壁约束的模拟要准确模拟不同时间段冻结壁对井壁的约束程度，具有较大的难度，本文采用的办法是：将泡沫板和井壁、冻结壁直接黏结在一起，使其与井壁、冻结壁之间的边界节点保持位移连续关系，并通过设置适当的泡沫板弹性模量，由其自身竖向剪切变形来模拟井壁因温度变化发生竖向变形时冻结壁对井壁的约束作用（模型不考虑膨胀剂的作用）．1．2混凝土力学参数随时间变化的模拟随混凝土物理状态的变化，要准确地模拟其热膨胀系数、弹性模量、泊松比等物理力学参数的变化也存在一定的难度．文献［3］将混凝土弹性模量与各龄期混凝土的单轴抗压强度相联系，采用经验公式（1）计算混凝土的弹性模量，能较好地反映不同强度等级混凝土的弹性模量增长规律；因此，本文根据标准立方体抗压强度随龄期的变化，利用该公式进行混凝土弹性模量的估算，即Ec=1052．2+34．7/fcu，k，（1）式中：E c为任意龄期的混凝土弹性模量，MPa；f cu，k 为任意龄期的混凝土强度等级，MPa．1．3混凝土膨胀模拟方法本文利用热胀来模拟混凝土因膨胀剂作用而产生的膨胀．根据微膨胀混凝土限制膨胀率的实测曲线，对于相邻的两个时间点，按式（2）计算出该时间段对应的当量温升变化［4］，即ΔT=Δεp/α，（2）式中：ΔT为当量温升，ħ；εp为在膨胀剂作用下混凝土的膨胀应变，10－6；α为混凝土热膨胀系数，10－6·ħ－1．对本文所采用的微膨胀混凝土进行实验室养护，并对其限制膨胀率进行测定、平均，然后按式（2）计算当量温差［5］，计算结果见表1．表1混凝土限制膨胀率Tab．1Expansion ration under restriction of concrete时间/d混凝土弹性模量/1010Pa限制膨胀率/%当量温差/ħ相邻时间点温差/ħ13．00．01010．023．40．02020．010．033．60．03029．79．743．70．03231．51．853．70．03131．0－0．563．70．03030．0－1．073．70．02929．2－0．8 143．80．02827．9－1．3 283．80．02120．6－7．3 423．80．01515．0－5．62数值计算模型本文井壁内半径取3．5m，段高取2．5m，井壁厚度取1．2m，接茬板厚度12mm，泡沫板厚度为75mm，冻结管距井帮距离2m．为了减小端部效应对模拟结果的影响，采用ANSYS数值模拟软372第3期陈晓祥，等：新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究件［5］建立3个段高井壁，取中部段高井壁来分析．由于现有冻结凿井复合井壁的内、外层井壁厚度均为1m，预计单层冻结井壁的厚度将大于复合井壁的单一层厚度小于复合井壁的总厚度，因此，此处只研究井壁1．2m的情况．另外，由大量的实测资料和数值模拟试验分析可知［6-9］，井帮温度和井内温度对井壁最高温度会产生一定的影响，但影响一般较小，因此，此处只研究井帮温度－20ħ和井内温度4ħ、井内风速0．5m/s时的情况，且对添加（方案A）与不添加膨胀剂（方案B）进行对比分析．2．1边界条件根据井壁自上而下逐段施工的特点，使其在浇筑初期距工作面较近时，各井壁外表面受到的纵向约束作用较弱，井壁受力更接近“平面应力”状态．鉴于该特点，结构分析时的边界条件设置如下（X方向为水平向，Y方向为井壁轴向）：（1）内圈冻结管所在的竖向边界设置为水平位移约束边界（U X=0）．（2）井壁顶部、泡沫板顶部、冻结壁顶、底部设置为竖向位移约束边界（U Y=0）．（3）井壁底部边界按不同情况考虑，即浇注1d内按自由边界考虑，即认为下一段高浇注前井壁在竖向不受约束；1d以后，下一段高浇注，该段高下部的自由边界将自行解除，代之以下一段高井壁对其的位移限制．（4）由于钢筋和混凝土热膨胀系数很接近，又因井壁施工过程中所用钢筋多为螺纹钢，其与井壁混凝土之间的围抱力足以促使井壁温度变化过程中，钢筋和混凝土协调变形，因此，本文温度应力计算中暂不考虑钢筋的存在，将温度应力计算模型简化为空间轴对称模型．2．2计算参数井壁温度应力计算时，主要参数是材料的热膨胀系数及弹性模量、泊松比以及限制量的大小．对于井壁混凝土不考虑其热膨胀系数随时间（强度）的变化，按有关规范取值：钢筋为12ˑ10－6/ħ，混凝土为10ˑ10－6/ħ．不考虑混凝土泊松比随时间的变化，统一取v=0．2；温度应力计算参考温度为混凝土入模温度20ħ．各龄期混凝土的强度及其他参数、各时段泡沫板弹模及其它参数可参考文献［5］．3计算结果及分析为研究井壁内各点的应力随时间的变化规律，模型中共设置6条路径（LJ1 LJ6），其中，LJ1，LJ3距离该段高上下钢板各0．05m；LJ2布置在井壁段高中部；LJ4布置在井壁内表面；LJ6布置在距离井壁外表面0．05m处；LJ5布置在井壁厚度中部．路径布置示意见图1．每条路径上均匀布置31个点．3．1井壁径向应力的变化规律不同时间点上各路径上径向应力见图2 图5，由于不研究冻土和泡沫板内的应力场，因此，图中只绘出了井壁内的应力．限于篇幅，文中不单独列出温度应力场和膨胀应力场分布图，只列出温度应力和膨胀应力叠加后的应力场（方案A）．472河南理工大学学报（自然科学版）2012年第31卷采用微膨胀混凝土的新型单层井壁靠近段高上、下部接茬板附近的井壁径向应力近似呈“W ”型分布（图2和图3），井壁整个厚度范围内早期压应力较小，但均以受压为主；靠近段高上部接茬板附近的井壁径向应力比下部稍大，分析认为是由于该段高井壁的升温膨胀趋势一直受到上部段高的约束造成的．随着时间的推移，井壁内径向压应力均表现为先逐渐增大后逐渐减小的变化规律，最终井壁径向处于受压状态．分析认为，井壁浇注后在水化热作用下温度逐渐升高，井壁混凝土强度逐渐变大；因此，井壁内的径向压应力也逐渐增大．后期由于井壁混凝土强度增长很慢，而井壁降温仍在继续，因此，井壁内的径向温度压应力逐渐降低．无膨胀剂井壁段高下部内缘径向初期为受拉，并在1 2d 内拉应力逐渐变大，2d 以后逐渐减小，最后转为压应力，这是由接茬钢板的线胀系数略大于混凝土所致．段高上部内缘径向始终受压，主要是因为本文所研究的时间内该段高的温度始终高于上一段高所致．段高中部在20d 内井壁内缘径向应力始终很小（接近于零），这和弹性力学理论认为该处径向应力始终为零相接近．微膨胀混凝土井壁的径向应力曲线分布状态同无膨胀剂井壁类似，由于井壁侧向膨胀受到泡沫板和冻结壁的约束在井壁段高中部径向产生了最大为0．465MPa 的压应力，而在段高上下部的接茬板附近，由于井壁径向膨胀受到接茬板的约束而产生了最大3．31MPa 的径向压应力，最终温度和膨胀应力叠加的结果导致微膨胀混凝土井壁沿径向在整个段高内均受压．可见，新型单层井壁膨胀剂的使用，大大减小了井壁径向开裂的风险（主要是井壁段高上下接茬板附近）．加入膨胀剂的混凝土井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态，因此，井壁径向不会开裂．3．2井壁竖向应力的变化规律由图6 图9可知：受早期井壁水化热的影响，井壁具有整体的热膨胀变形趋势，因此，上下段接茬板附近井壁内部的竖向温度应力分布在早期均以压应力为主，井壁竖向应力沿井壁厚度方向均呈中部高、向两侧逐渐减小的分布状态，应力变化曲线与井壁温度场的径向温度分布曲线特点一致．随着时间的推移，井壁逐渐降温，井壁内的压应力逐渐减小，第4d 时井壁内部即转为拉应力，20d 时拉应力达到2MPa 左右，但井壁内外表面仍处于受压状态．572第3期陈晓祥，等：新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究受井壁内部热膨胀趋势的影响，无膨胀剂井壁表面段高中部初期主要以拉应力为主，拉应力一般在2d 左右即达到最大，拉应力值大小达到3．87MPa （此时的混凝土强度只能达到设计强度80MPa 的60% 80%，相应的抗拉强度为2．5 2．65MPa ）．采用微膨胀混凝土能在井壁竖向产生最大约1．59MPa 的压应力，能减小井壁内、外侧的竖向温度拉应力，并将井壁竖向最大拉应力值降低至2．42MPa ，有利于防止井壁温度裂缝的形成．井壁内、外表面初期受力分布状态大致相同，均呈现接茬板附近受压、段高中部受拉的分布状态．随着时间推移，井壁表面的拉应力逐渐减小，8d 时井壁内表面即转为受压状态；井壁外侧受拉趋势随着井壁降温逐渐变小，且均在1MPa 以下，井壁后期不会开裂；文献［10］对新型单层井壁混凝土竖向应变进行了全程测试研究，结果表明，混凝土竖向应变随着时间的增长呈现“由拉转压”的规律，较好地验证了本文的数值模拟结果．井壁竖向应力的主要计算结果见表2．表2井壁竖向应力计算结果Tab．2Calculational result of vertical stress in shaft lining方案编号拉应力压应力最大值/MPa 发生时间/d出现位置最大值/MPa 发生时间/d 出现位置A 3．262内表面－2．1320内表面B2．422内表面－3．8920内表面由表2计算结果分析可知：最大拉应力出现在井壁内表面，出现时间均在浇筑后2 3d ；井壁外表面拉应力小于井壁内表面，分析认为可能是由于井壁内表面降温快于外表面所致．最大压应力也出现在井壁内表面，出现的时间一般为混凝土浇筑后20d 左右或者更长时间．井壁内部的最大压应力一般出现在井壁浇注后2 3d ，是井壁内混凝土的高温膨胀变形因内、外部约束作用受阻所致．井壁浇筑后2 3d （具体时间与井壁混凝土强度增长速度有关）面临着最大的开裂风险，由于此时拉应力达到2．42MPa ，因此，井壁表面混凝土的早期抗拉强度不足时，将会出现水平方向的温度拉伸裂缝．温度拉应力仅出现在井壁表面很浅的区域，可能超过混凝土抗拉强度的范围一般距井壁表面100mm 左右，因此，拉伸裂缝将属于浅表裂缝，且井壁内缘的竖向配筋将有助于抑制水平裂缝的出现．另外，只要井内空气温度高于井壁外侧，一般后期井壁内缘即可进入受压状态，浅表裂缝即会被重新压实，该情形通过调节通风温度便很容易实现．因此，由竖向温度拉应力造成的井壁内表面的浅表裂缝不会对井壁承载力和抗渗透造成灾害性的影响．3．3井壁环向应力变化规律LJ4 LJ6的3条竖向路径上的环向应力分布见图10 图12．分析这些图可知：井壁内表面的环向应力在浇注初期呈现段高上部受压、下部受拉的非线性分布状态，并随着水泥水化热释放，在2d 时拉压应力均达到最大；此后，随着井壁的降温，段高下部的拉应力逐渐减小，且在第8d 即转为受压状态，而上部的压应力随时间推移逐渐增大．井壁厚度中部环向应力初期以压应力为主，浇注后2 3d 达到最大；此后，随着井壁降温压672河南理工大学学报（自然科学版）2012年第31卷应力逐渐减小．第8d以后井壁接茬板板附近即进入受拉状态，但段高其他部位20d后仍处于受压状态．11d后，段高上下部接茬板附近，环向拉应力值均大于2MPa，最大甚至达到4MPa左右，分析认为，这与接茬钢板与混凝土的弹性模量相差较大有关．井壁外表面的环向应力在浇注初期的分布规律与井壁内表面的环向应力分布规律较为接近，均呈现段高上部受压、下部受拉的非线性分布状态，分析认为，段高上部受上一段高和自身段高水化热温度的影响，散热速度慢，以及段高下部散热速度快造成的．拉应力在3d即达到最大，此后，随着井壁的降温，段高下部的拉应力逐渐减小．对比A组和B组方案，微膨胀混凝土井壁可以在井壁环向最大提供2．8MPa的环向压应力，使井壁在环向始终受压，有效地防止了温度裂缝的产生．井壁是否会开裂是由外荷载作用产生的竖向应力、变形和应力、变形叠加后的应力与变形值决定的．文献［10］对新型单层井壁混凝土环向应变进行了全程测试研究，研究结果表明，混凝土环向应变随着时间的增长呈现由拉转压的规律，较好地验证了本文的数值模拟结果．4结论利用数值计算方法对变温度、变弹性模量、变约束条件的新型单层冻结井壁的温度应力场和膨胀应力场进行了深入研究，得到了以下结论：（1）采用微膨胀混凝土的新型单层井壁靠近段高上、下部接茬板附近的井壁径向应力近似呈“W”型分布，井壁整个厚度范围内均以受压为主，井壁径向不会开裂．（2）采用微膨胀混凝土的井壁上、下段接茬板附近，井壁内部的竖向温度应力分布在早期均以压应力为主；随着时间的推移，井壁逐渐降温，井壁内的压应力逐渐减小，第4d时，井壁内部即转为拉应力，20d时拉应力达到2MPa左右，但井壁内外表面仍处于受压状态．（3）采用微膨胀混凝土井壁能在井壁竖向产生最大约1．59MPa的压应力，能减小井壁内、外侧的竖向温度拉应力，有利于防止井壁温度裂缝的形成．（4）井壁内、外表面的环向应力分布规律较为接近，在浇注初期，呈现段高上部受压、下部受拉的非线性分布状态；随着井壁降温，段高下部的拉应力逐渐减小，而上部的压应力随时间推移逐渐增大．（5）微膨胀混凝土井壁可以在井壁环向最大提供2．8MPa的环向压应力，使井壁在环向始终受压，有效地防止了温度裂缝的产生．（6）新型单层井壁可有效防止井壁温度裂缝的形成，井壁是否开裂还要由外荷载作用产生的竖向应力、变形和温度应力、变形叠加后的应力与变形值决定．参考文献：［1］沈正芳，王德民，郑青林．立井井壁［M］．北京：煤炭工业出版社，1981．［2］杨维好，黄家会，王衍森．带接茬板的单层井壁及其772第3期陈晓祥，等：新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究施工方法［P］．中国，200610088128．3．2007-01-27．［3］过镇海．钢筋混凝土原理［M］．北京：清华大学出版社，1999．［4］王铁梦．工程结构裂缝控制［M］．北京：中国建筑工业出版社，1997．［5］郝文化．ANSYS土木工程应用实例［M］．北京：中国水利水电出版社，2005．［6］陈晓祥．新型单层冻结井壁关键技术与设计理论研究［D］．徐州：中国矿业大学，2007．［7］王衍森，黄家会，杨维好，等．特厚冲积层中冻结井外壁温度实测研究［J］．中国矿业大学学报，2006，35（4）：468-472．［8］王衍森，杨维好，任彦龙．冻结法凿井冻结温度场的数值反演与模拟［J］．中国矿业大学学报，2005，34（5）：626-629．［9］王衍森，李炳胜，张开顺，等．冻结井外壁温度场的数值模拟方法［J］．采矿与安全工程学报，2007，24（3）：316-320．［10］张驰，杨维好，齐家根，等．基岩冻结新型单层井壁施工技术与监测分析［J］．岩石力学与工程学报，2012，31（2）：337-347．（责任编辑李文清）科技论文参考文献著录的目的（1）著录参考文献可以反映论文作者的科学态度和论文具有真实、广泛的科学依据，也反映了论文的起点和深度．科学技术研究工作都有继承性，现在的研究都是在过去的研究基础上进行的，今人的研究成果或研究工作一般都是前人研究成果或研究工作的继续和发展．因此，在论文中涉及研究的背景、理由、目的等的阐述，通过著录参数文献就能明白交待出该论文的起点和深度．这在一定程度上为论文审阅者、编者和读者评估论文的价值水平提供了客观依据．（2）著录参考文献，能方便地将论文作者的成果与他人研究成果区别开来．论文所报道的研究成果虽然是论文作者自己的，但在阐述过程中免不了要引用前人的研究成果，包括观点、方法、数据等．若对引用部分加以标注，则他人的成果将表示得十分清楚．这不仅表明了论文作者对他人劳动的尊重，而且也免除了抄袭、剽窃他人成果的嫌疑．（3）著录参考文献能起到索引作用．读者通过著录的参考文献，采用追溯法即可方便地查阅到此研究方向相关的一系列文献资料．（4）著录参考文献能够节省文章篇幅．论文中需要表达的某些内容，凡已有文献所载者不必详述，只需标注参考文献顺序编码，而将相应的参考文献著录于文后即可．（5）著录参考文献有助于科技情报人员进行情报研究和文献计量学研究．872河南理工大学学报（自然科学版）2012年第31卷。
井巷特殊施工(第二章 冻结法(节6 冻结温度场))
第2章 冻结法
§6 冻结温度场
§6.1 温度场
冻结温度场是研究冻结过程中，空间温度随时间变化的客观规律。 冻结温度场是一个相变的、移动边界的和有内热源的、边值条件复杂的 不稳定导热问题。 其解法有解析法、模拟法和数值方法。
第2章 冻结法
§6 冻结温度场
§6.1 温度场
在空间一切点瞬间温度值的总称叫温度场。 温度场分为稳定的温度场和不稳定的温度场。 稳定温度场：场内任何点的温度不随时间而改变的称为稳定温度场； 不稳定温度场：场内各点的温度不仅随空间发生变化，而且随时间的改变而 改变的称为非稳定温度场。 在人工冻结法凿井中，冻结温度场属于非稳定的温度场。
第2章 冻结法
§6 冻结温度场
§6.3 冻结管吸热能力计算
每一平方米的冻结管在一小时内吸收的热量叫吸热率，也叫吸热能力。吸热 率计算方法如下:
q t0 tc 1 r0
2
ln
r0
r0
1
ln
R
第2章 冻结法
§6 冻结温度场
§6.4 圆管稳定导热
无限长圆管，内壁温度为t1，外壁温度为t2，不随时间改变。为平面轴对 称问题，无内热源，一般形式导热方程可变为：
§6 冻结温度场
§6.2 冻结时间
冻结时间是指从开始冻结到冻结壁达到设计厚度所需要的时间，即积极冻结 时间。 冻结时间的确定实质上是求算温度场的一个特例。即从开始进行冻结起到冻 结面(0℃面)移到设计位置时所需要的时。 冻结时间的计算方法由于出发点不同，而有许多种。
第2章 冻结法
§6 冻结温度场
边界条件 r＝r1 t＝t1 r＝r2 t＝t2 方程的解：t＝c1lnr＋c2 将边界条件代入：
温度变化对气井不稳定试井的影响浅析
型， 例如 Ｇ ｒ ｒ Ｆ ｇｒ ｉ ｏｉ 和 ｏａａ 提出的模型＿ ， ｅ ｓ ２ 或者使用 Ｊ 修正的 Ｃ ｌｎｅ Ｓ ｉ 方法ｌ。但是 ， ｕ ｅｄｒ ｍ ｔ ｌ — ｈ ３ Ｊ 这些方法都
假设井筒流体的温度恒定， 没有考虑温度变化 的影 响。实际上， 在试井过程 中， 由于井筒流体和地层存 在热交换现象 ， 使得井筒流体的温度始终是变化的。 对于油井来说 ， 流体属性受温度变化的影响较小， 可 以忽略； 但是 ， 对于气井来说 ， 井筒温度 的变化对气 体属性 的影响是相当明显 的。因此 ， 在气井的不稳 定试井解释中， 如果忽略温度变化的影响， 可能会使 计算 出的井底压力存在较大误差。 本文采用 Ｈ ｓ 和 Ｋ ｂｒ ａａ ｎ ａｉ提出的井筒温度分布 解析模 型ｌ ， ４ 分别计算了考虑温度变化和不考虑温 ］ 度变化情况下 的井底压力 ， 并进行 了对 比分析。
井筒温度分布解析模型［ ４ ］
考虑图 １ 的井筒结构 ， 能量平衡方程可写为
Ｑ：
ｄ ｚ
３ 项表示井筒中流体携带的能量差。 经过推 导后 ， 井筒 流体 温度 表示为 ①压力下降时
： ＾一 ｓ 臼＋ ｉ ｎ （ １一ｅ 叭 ） （） ２
＋
一
②压力 恢 复时
・
Ｒ
出
Ｏ
１ ｏ
２ Ｏ
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幽 ２ 多 流 量 删 试 井 口压 力 历 史 曲线
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图５ 两种计 算方法的差值 曲线
的井 口压 力和 井 口温度数 据 。
舳 加∞ 如 加 ∞ ｍ ０
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各施工工序对冻结壁的温度影响
各施工工序对冻结壁的温度影响,采用基于一线总线的冻结法温度监测系统进行现场实时监测,并依据监测数据,判别了冻结管是否漏盐水以及完好隧道段冻土壁的封水效果,得出了冻土壁温度场形成规律和积极冻结期结束时间,并分析了各施工工序对冻结壁的温度影响。
0引言上海地铁四号线修复江中暗挖段工程采用水平冻结结合矿山法将原建在黄浦江下的完好隧道和基坑内施工的隧道进行暗挖贯通。
工程位于黄浦江河床下,施工风险很大,对冻结系统运行状况和冻土帷幕发展状况进行实时监测就显得尤为重要。
在监测中主要考虑几个问题:冻结管是否漏盐水;冻土帷幕的性能;完好隧道一侧封水效果如何;暗挖施工过程对冻土壁温度有何影响。
水平冻结孔和测温孔布置:每组去回路在回路上布置1个测点,在每组干管去路和回路上各设置1个测点,盐水去回路共有59个测点。
盐水传感器采用封装在不锈钢螺钉中的DS1820ST传感器,测点布置在每组去回路的回路冻结管上。
冻土帷幕温度监测采用封装有DS1820ST传感器的测温电缆,在冻结区域中共布置了11个测温孔。
采用基于一线总线的冻结法温度监测系统[1],实现了信息化实时监测,掌握冻结壁温度场的变化规律,将不可见、不可控转化为可见、可控,从而降低工程风险。
1盐水冻结系统运行状况分析盐水冻结系统于2007年2月13日开始运行,盐水温度快速下降。
冻结4d,干管去路温度降至-22.5℃,冻结14d温度降到最低-30.1℃,以后积极冻结期干管温度去路平均维持在-29.5℃左右。
维护冻结从冻结44d后开始,维护冻结期干管去路温度平均维持在-28.0℃左右。
积极冻结期平均温差为1.8℃,维护冻结平均温差为1.0℃,说明冻结开始时热交换量大,以后逐渐减少,进入维护冻结后热交换达到稳定。
在冻结过程中,每天用标尺测量盐水箱的盐水水位一次,盐水箱水位始终保持在34cm~35cm。
水位下降主要是由于盐水箱内盐水蒸发损失产生的,且水位无突然下降情况出现,由此可以断定盐水冻结系统运转正常,去回路没有发生漏液。
海洋深水井钻井过程中井简温度的变化规律
海洋深水井钻井过程中井简温度的变化规律
海洋深水井钻井过程中，温度变化是一个极其重要的问题，也是监控、规划和控制此过程的关键性因素。
深水井的钻井过程中，井温即钻头所在地区的温度会发生不断的变化。
一般来讲，井温随钻深度的增加而不断上升，每增加1000米深度，井温就会升高3~6℃，高温层可达到室温的3倍以上。
在钻井过程中，随着井眼深度不断增加，井简的温度变化行为将不断改变。
首先，低温层的温度将不断降低，而高温层则相对而言较稳定，只随井深的提高而约2-4 °C的逐渐升高；其次，中间层的温度变化范围较大，在钻井过程中可能由低温层向高温层的迁移。
此外，还可能出现典型的强迫热循环、攪拌循环和渗流循环特有的特殊温度变化现象，这可能会影响到地质构造，从而影响后面钻井任务进程的安全性。
因此，在钻井过程中，井温的变化规律非常关键，有必要及时采取有效的监测和管理措施，以保障整个钻井过程的顺利进行，尽量减小温度变化所带来的不利影响。
冻结法凿井中局部冻结技术对已成井壁保护的温度场分析
地 层 砂 质 泥 岩 粉 砂 岩 砂 质 泥 岩 粉 砂 岩 细 砂 岩 粉 砂 岩 细 砂 岩
粉 砂 岩
９ １ ０ １ １ １ ２
１ ３
２ ２ ３ ８．４ ２ ５ ５ ９．９ ３１ １ ３ １６ ２．６
３ ０ ３ ３．６
６ ７ ．５ １．５ ３２ １． １ ５４ １． ６ ０６
３．４ ３ ８
砂 质 泥 岩 粉 砂 岩 细 砂 岩 中砂 岩
粉 砂 岩
１ ４
３ ９ １ ３．６
８ ８ ．０
粉砂岩
２ ８
４ １５ ８ ．０
６ ８ ．５
中砂岩
收稿 日期 ：２ １ ０ ０ １— ９—０ ９
作者简介 ：李
林 （９ ７一） １８ ，男 ，内蒙古包头人 ，２ ０ ０ ９年毕业 于内蒙古农业 大学 ，现在煤炭科学研 究总 院从事 特殊凿
２１ ０ ２年 第 ２期
煤
炭
工
程
冻 结 法 凿 井 中局 部 冻 结 技 术 对 已成 井 壁 保 护 的 温度 场 分 析
李 林 ，徐兵壮 ，赵根全 ，李长 忠
（ ．３ ．中国国电集 团公司 ，北京 １０ ３ ） ０ ０４
层 号 １ ５ １ ６ １ ７ １ ８ １ ９ ２ ０ ２ １
２ ２
深 度／ ｍ ３２ ５ ５ ． ３８１ ５ ． ３５ ６ ３３ １ ７ ． ３４ ４ ８． ５ ３０ ９ ９． ２ ４ ３５ ０ ．
４ ３９ １ ．５
厚度 ／ ｍ １． ４ ３ ３ ５ ６ ．０ ６ ９ ．０ ８ １ ．０ ｌ． ５ １３ ６ ４ ．７ １． ８ ２ ５
甘 肃 陇 东 地 区 正 宁 县 第 一 矿 区 副 井 为 立 井 ，采 用 普 通 凿 井 法 掘 砌 至 ４ ２ 处 因 涌水 无 法 继 续 施 工 ，采 用 冻 结 法 补 ７ｍ
深厚黏土层多圈管冻结壁温度场发展规律
深厚黏土层多圈管冻结壁温度场发展规律林斌;王鹏;侯海杰;龙依【摘要】多圈管冻结法施工已在深厚地层矿井中广泛应用,为了研究多圈管冻结壁温度场发展规律,以淮南某矿为研究对象,利用现场实测数据和FLAC3D软件2种方式对比分析研究多圈管冻结壁温度场发展规律.研究结果表明:冻结壁中圈孔最先开始交圈,其次是外圈孔,最后是内圈孔,测温孔温度和冻结壁平均温度随冻结时间的延长均呈对数关系下降,最终趋于稳定,冻结壁有效厚度在交圈后增长明显,随冻结时间的延长呈对数关系增大,主面和界面温度场曲线在冻结管处近似呈V形发展,主面和界面温度随冻结时间的延长逐渐降低,对比分析验证了冻结壁温度场模型数值模拟的可行性,数值模拟对工程施工具有参考指导价值.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】7页(P135-141)【关键词】多圈管;冻结壁;温度场模型;数值模拟【作者】林斌;王鹏;侯海杰;龙依【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TU443随着煤炭资源需求量和开采量的持续增加，我国浅层煤炭资源逐渐枯竭，深部开采已成为煤矿开采的必然趋势。
深厚表土层一般含水量大、地压大、强度低，普通的凿井方法容易产生涌水等问题，而冻结法封水效果可靠，冻结法作为一种有效穿越深厚表土层、裂隙含水层或软岩层的特殊凿井方法已经被广泛应用于矿井建设中[1-3]。
随着我国煤炭开采深度的增加，在深厚冲积层大多采用多圈管冻结方案[4]。
冻结壁温度场的形成有助于确定冻结时间、冻结壁厚度、整体强度和指导井筒的开挖及解冻，温度因素的影响贯穿整个冻结法凿井过程中，因此对温度场的研究十分必要[3]。
冻结温度场是一个含有相变的温度场，具有移动的内热源和复杂的边值条件，在整个地层冻结过程中冻结温度场随时间和空间变化，是一个不稳定温度场[5]。
冻结壁形成及解冻规律实测研究
冻结壁形成及解冻规律实测研究①杨 平1 陈明华2 张维敏2 赵怀固3 郁楚侯1(1安徽淮南工业学院土木工程系,淮南232001;2淮南市煤电总公司,淮南232171;3中国煤炭特殊工程公司,淮南235000)摘 要 通过实测,分析了冻结壁内温度分布规律,冻结和解冻期内冻结壁厚度、平均温度、冻结壁发展速度、解冻速度及外壁体厚占有效厚度比例与冻结时间的关系,冻结壁厚度与平均温度的关系,并得出了有关回归公式.对冻结凿井的设计和施工有着重要的指导意义.关键词 冻结壁 温度 冻结 解冻中图法分类号 P642114第一作者简介 杨平,男,33岁,副教授,1988年毕业于淮南矿业学院矿山建设专业,获硕士学位.现从事岩土工程及矿山建设的教学与科研工作.1 引言在冻结法凿井中,冻结壁的形成快慢,决定了冻结壁厚度(杨平,1996),而这些指标是反映冻结壁强度和稳定性的重要参数,直接关系到冻结凿井的速度与成败.冻结壁解冻规律影响着内、外层井壁受力特征,因此,对冻结壁形成及解冻规律进行深入研究具有十分重要的现实意义.为此,我们在淮南市煤电公司新集矿西风井冻结凿井中,对其冻结壁温度场变化规律进行了全过程实测研究,进一步掌握了冻结壁的形成和解冻规律.2 监测内容和方案该井表土厚19117m ,双层现浇素砼井壁结构,主要冻结参数为:冻结孔数30个,单圈孔差异冻结,冻结深度浅孔230m 、深孔246m ,冻结孔布置圈直径11m ,318m ,盐水温度为-28～-31℃.监测内容:测温孔中不同层位处温度;去、回路盐水温度.监测方案:在同一界面线上布置6个测温孔(图1),每孔测温层位5个,分别为垂深15m 处砂质粘土层;80m 处中砂层;105m 处粉砂层;148m 处钙质粘土层;185m 处钙质粘土层.采用稳定性好,经特殊密封的电子式温度传感器精度为±011℃,由导线与数字式温度监测仪相接,可实现微机检测.图1 冻结孔及测温孔布置图1～30为冻结孔;C 1～C 6为测温孔Fig 11 Position of freezing and measuring holes3 实测结果分析与研究311 冻结壁温度分布及随时间变化规律5个层位同一测孔随时间变化规律基本相同.积极冻结期(100d 以前)降温梯度较大(图2),且距冻结管越近,梯度越大;维护冻结期(100～216d ),靠近冻结管的测孔(C 1,C 2)降温幅度明显减缓,其它孔变化不大;停冻后(216d 后),冻结管附近迅速升温,而远离冻结管处继续降温.①本文于1997-11-18收到.第20卷 第2期1998年6月冰 川 冻 土JOURNAL OF G LACIOLO GY AND GEOCR Y OLO GYVol 120 No 12J un .1998图2 185m 处各测孔温度随时间变化曲线1～6分别为测孔号C 1～C 6Fig.2 The curves of T ～t in a 185m claysoil图3 185m 处粘土层不同时间温度分布曲线1.50d ;2.100d ;3.210d ;4.250d ;5.380d Fig.3 Temperature distribution in differenttime in a 185m clay soil 去、回路盐水温差,由开冻第42d 的316℃至第100d 时117℃呈线性减小.以后基本保持在112～116℃,说明冻结开始时热交换量大,以后逐渐减小;进入维护冻结时,热交换达到稳定,此时冻结壁温度场可近似为稳定温度场.不同时刻冻结壁温度分布如图3所示,可见,整个冻结过程中,冻结区内(取±0℃为冻结锋面)界面上冻结壁内、外壁体温度均可近似为线性分布,而非冻结区为明显的非线性分布,在解冻期均趋于非线性分布.312 冻结壁厚度及发展速度冻结壁有效厚度随时间逐渐增长(图4),而冻结壁发展速度随时间逐渐减小,且不同土层的厚度和速度均不相同.冻结初期,由于盐水正循环作用,上、下部盐水温差较大,至使下部粘土层先交圈,其冻结壁厚度反而较大,但随着时间的延续(70d ).即出现下部粘土层冻结壁厚度小于上部砂层.冻结壁厚度与冻结时间的关系可用下式较好地描述:E =K 1・(t -t 0)K 2(1)对其求导即可得出冻结壁发展速度d E d t=V =K 3(t -t 0)K4(2)式中:E 为冻结壁有效厚度(m );V 为冻结壁有效发展速度(mm/d );t 为冻结时间(d );t 0为交圈时间(d );K 1～K 4均为回归系数,见表1.据回归式外推,采用单圈冻结,若欲形成5m 厚冻结壁,砂层需冻316d ,粘土层需冻700d ,显然,是不可能的.因此,5m 以上冻结壁应采用双圈冻结方案比较合理.图4 不同层位冻结壁厚度随时间变化曲线Fig 14 The curves of E -t in different layers表1 E ,V 与t 回归关系系数一览表Table 1 The regression coefficients of E ～t and E ～V层 位交圈时间/dK 1K 2K 3K 4相关系数15m 处砂质粘土80m 处中砂105m 处粉砂148m 处钙质粘土185m 处钙质粘土404037383811057113191156111544116120127420123710118880118000116482901031217294172771926517-017258-017629-018112-018200-01842501990199019701980198冻结壁交圈时间为37～40d ,因盐水正循环作用,下部粘土层略先于上部砂层交圈,但交圈后表2 回归系数A ,B ,c ,d 一览表Table 2 The regression coefficients A ,B ,c ,and d层 位交圈时间/dA B 相关系数T 0/℃c d 相关系数15m 处砂质粘土80m 处中砂105m 处粉砂148m 处钙质粘土185m 处钙质粘土4040373939417741544128416541680119990123650125040122750123040199601997019900199001990-1111-1117-1110-1016-101501658701863001825901681501721001544801519001510701540801532201960198019801970196冻结壁有效发展速度,下部粘土层小于上部砂层.积极冻结期,粘土(185m 处)冻结壁有效平均发展速度为3218mm/d ,砂土36mm/d ;维护冻结期,前者为314mm/d ,后者是前者的两倍(618mm/d ).停冻后,初期冻结壁厚度仍略有发展,约在停冻20～50d 后,冻结壁才开始解冻,解冻速度随时间延长而增大,平均解冻速度为12～17mm/d ,底部粘土和上部砂层较大,究其原因是底部和上部属三维方向吸热,中间段为二维吸热之故.可用下式计算冻结壁自然解冻时间t j =t j0+E V j(3)式中:t j 为冻结壁自然解冻时间(d );t j 0为停冻后开始解冻时间(d );V j 为冻结壁解冻平均速度(mm/d ).本井筒各层位完全解冻时间为200～250d.313 冻结壁平均温度和外壁体所占比例据测温数据,计算出冻结壁有效厚度内平均温度(翁家杰,1991),其值在积极冻结期和维护冻结前期呈递减趋势降低(图5),且不同层位的变化趋势均相同;维护冻结后期,由于盐水温度升高,冻结壁平均温度略有回升,此间平均温度维持在-1015～-12℃,粘土层比砂层高015℃左右.经回归,积极冻结期冻结壁平均温度与冻结时间关系为T d =-A (t -t 0)B(4)式中:T d 为冻结壁平均温度(℃);t 0为冻结壁交圈时间,与前述交圈时间基本一致(d );A ,B 为回归系数,其值如表2所示,参数A 与土质、层位关系不大.停冻后,冻结壁平均温度随时间延续呈递减趋势回升,其规律可用下式描述:T j =T 0+c ・t dj (5)式中:T j 为解冻期冻结壁平均温度(℃);T 0为停冻时冻结壁平均温度(℃);t j 为停冻时间(d );c ,d 均为回归系数,其值见表2.参数d 与土质、深度关系不大,为0151～0154,而c 值砂土大于粘土,说明砂土平均温度回升较快.图5 不同层位冻结壁平均温度随时间变化1.15m 砂质粘土;2.80m 中砂;3.105m 粉砂;4.148m 钙质粘土;5.185m 钙质粘土Fig 15 The curves of T d ～t in different layers由图6可见,冻结壁外壁体厚与有效全厚比例E w /E ,随冻结时间的延续由0150逐渐减为0142～0147,井筒掘砌后,由于内壁体厚度不变,均为1175m ,随时间延长,冻结壁有效厚度仍在增加,此时E w /E 由0142～0147增大至0152～0160,且各土层变化规律基本相同,但数值不同,粘土层E w /E 相对较小,砂土层较大,其原因主要是粘土冻结壁发展速度较慢.314 冻结壁厚度与平均温度的关系当冻结壁厚度较小时(积极冻结期),冻结壁βνυ冰 川 冻 土20卷厚度与平均温度基本呈线性关系(图7),其梯度约为-313～-316℃/m ,粘土层取小值;进入维护冻结期后,随冻结壁厚度增加,冻结壁平均温度降低幅度明显减小,并逐渐转为回升.究其原因为:后期冻结壁有效厚度增加,主要是外壁体厚度增加,距外侧冻结锋面同一距离的土体体积不断增大,而该部分冻结体其负温值均接近0℃,加之此间盐水温度有所提高,从而出现ΔT d /ΔE 趋于零,甚至大于零.停冻后,初期冻结壁平均温度回升较大,而冻结壁有效厚度不但未减,还略有发展,以后(T j >-5℃)冻结壁加速融解,特别是-015℃附近冻结壁厚度随平均温度变化更大.究其原因是:停冻图6 不同层位外壁体厚所占比例随时间变化关系曲线1.15m 砂质粘土;2.80m 中砂;3.105m 粉砂;4.148m 钙质粘土;5.185m 钙质粘土Fig 16 The curves of E w /E ～t in different layers图7 冻结期冻结壁厚度与平均温度关系1.80m 中砂;2.185m 钙质粘土Fig 17 The curves of E ～T d during freezing初期,虽已无低温盐水冷源,但因冻结壁温度的非均布性,靠近冻结管的冻结壁温度较低,相当于一冷源继续吸收外围较高温度的冻结壁热量而升温,致使外围冻结壁,特别是靠近冻结锋面的冻结壁继续降温,从而出现T j 变化大而E 反而略有发展的现象,一段时间(20～50d )后,外侧冻结锋面开始逐渐加速内移,导致T/E 变化逐渐减小.图8 停冻期冻结壁厚度与平均温度关系1.80m 中砂;2.185m 钙质粘土Fig 18 The curves of E ～T j during thawing4 结论(1)冻结壁界面温度分布近似为线性,冻结壁厚度随时间延长呈衰减趋势增长,而发展速度逐渐减小.积极冻结期,因盐水正循环作用,上部砂层冻结壁平均发展速度仅略大于粘土层;但维护冻结期,前者是后者的两倍,说明盐水循环方式对积极冻结期冻结壁发展影响较大,且5m 以上冻结壁宜采用双圈孔冻结较为合理.(2)冻结壁实际有效厚度粘土层为砂土层的84%左右;掘砌前外壁体所占比例随时间延长逐渐减小至0142～0147,掘砌后又增至0152～0160,且粘土层取小值.(3)冻结壁平均温度随时间延长呈递减趋势降低,维护冻结期基本保持不变,而厚度有所发展,且粘土层平均温度高于砂层015℃左右,因此.钙质粘土层冻结壁厚度薄、温度高,是薄弱环节.(4)停冻后,冻结壁平均温度迅速回升,但解冻尚未开始,一般在停冻20～50d 后冻结壁才开始解冻,且随时间延续,解冻速度越来越快,但平均温度回升逐渐减缓,平均解冻速度为12～172期杨 平等:冻结壁形成及解冻规律实测研究βνϖmm/d.(5)完全解冻时间约需200d 以上,因此拔冻结管应在6个月内进行较为有利.参 考 文 献杨平,1996.立井强化冻结施工理论分析.淮南矿业学院学报,16(2):16～21翁家杰,1991.井巷特殊施工.北京:煤炭工业出版社,52～60Observation of the Forming and Tha wing of Frozen W allsYAN G Ping 1 CHEN Ming -Hua 2 ZHAN G Wei -Min 2 ZHAO Huai -Gu 3 YU Chu -Hou 1(1A nhui Huai nan Instit ute of Technology ,Huai nan 232001;2Huai nan Mi ni ng and Generati ng Co.,Huai nan 232171;3Chi na Mi ni ng S pecial Engi neeri ng Co.,Huai nan ) Abstract The temperature distribution in a frozen wall is analysed.The relations between wall thickness and average temperature ,the forming and thawing velocities of the wall ,and the time -depen 2dent ratio of the outside wall thickness to the effect wall thickness are presented.Some regression formu 2las are obtained.It is important for designing and constructing a freezing sinking. K ey w ords frozen wall ,temperature ,freezing ,thawingβνω冰 川 冻 土20卷。
冻结法凿井钢筋混凝土井壁的温度应力应引起重视
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井下空气温度的变化规律
井下空气温度的变化规律嘿，朋友们！咱今天来聊聊井下空气温度这档子事儿。
你想啊，井下那可真是个特别的地方。
就好像夏天你走进一个没开空调的老房子，刚进去那会觉得闷热得很。
井下也是这样，刚下去的时候，那温度可能会让你觉得有点热乎乎的。
随着你往深处走，就会发现温度好像在跟你玩捉迷藏似的。
有时候会稍微降下来一些，就像突然吹来了一阵凉风，让你能缓口气。
但可别高兴得太早，说不定走几步又热起来了呢！这井下的空气温度啊，那可真是变化多端，像个调皮的小孩子。
有时候你会奇怪，怎么这里温度高，那里温度低呢？这就好比家里的不同房间，有的向阳就热一些，有的背阴就凉一些嘛。
井下也是有各种不同的情况影响着温度的。
比如岩层啊、通风情况啊，这些都能让温度变得不一样。
你说这井下空气温度的变化是不是很神奇？它能一会儿让你热得冒汗，一会儿又让你感觉稍微凉快些。
这要是在井下工作，可得时刻注意着点，不然热了不知道脱衣服，冷了不知道加衣服，那不就容易生病了嘛。
咱再想想，要是大冬天的，从外面冷飕飕地进入井下，一开始可能还觉得挺暖和，可走着走着，温度又上去了，那感觉，就好像从冬天一下子到了夏天。
这变化，可真够刺激的！要是没点心理准备，还真容易被搞得措手不及呢。
而且啊，这井下的空气温度可不光是影响人的感觉，对井下的各种设备啥的也有影响呢。
温度太高或者太低，那些设备说不定就闹脾气，不好好工作了。
这就跟人一样，太热了或者太冷了都不舒服，都没法好好干活呀。
所以说啊，了解井下空气温度的变化规律那是相当重要的。
就好像你知道明天要下雨，就会提前带把伞一样。
咱要是知道了井下哪里温度高，哪里温度低，就能提前做好准备，该穿多少衣服，带什么工具，心里都有个数。
总之呢，井下空气温度这事儿可大可小，咱可得重视起来。
别小看了这温度的变化，它可关系到咱在井下工作的舒不舒服，安不安全呢！这就是我对井下空气温度变化规律的一些看法，大家觉得是不是这么个理儿呢？。
海洋深水井钻井过程中井筒温度的变化规律
Abstract: When the existing calculation model of wellbore circulating temperature field is used to analyze the drilling process of offshore deepwater oil/gas wells, it takes into account the influence of many factors on the wellbore temperature (such as convection heat transfer of seawater, riser and drilling fluid, and formation heat conduction), but neglects the temperature difference caused by the drilling in actual fields. In order to provide more accurate and reliable data for related work in deepwater drilling, such as drilling fluid density design, borehole stability analysis, and so on, this paper calculated the temperature field using the temperature model for the process of circulating drilling fluid without drilling. Then, the calculation model of supplementary drilling condition was solved by means of the finite difference method and the Gauss iteration method. Finally, the influence of the drilling process with different rates of penetration on the longitudinal variation laws of wellbore temperature in deepwater wells was analyzed using the node updating algorithm. And the following research results were obtained. First, at the same depth, the calculated temperature fields of the whole well at different rates of penetration are obviously different, and the difference of the bottom hole temperature while drilling at a water depth of 1 000 m is close to 10 ℃ . Second, in the process of drilling, the circulating temperature field is more sensitive to time than to the rate of penetration. And compared with the wellbore temperature field without considering the rate of penetration, the one with consideration of the rate of penetration presents a law of overall increase. It is concluded that by virtue of this new method, the practical problems in the process of offshore deepwater drilling can be analyzed better, e.g. borehole stability and pipe string working conditions, and the actual production can be reflected more accurately. Keywords: Offshore; Deepwater drilling; Rate of penetration; Circulation, Drilling fluid; Wellbore temperature; Temperature while drilling; Node upgrading
绝热温升影响的冻结井壁温度场变化规律
绝热温升影响的冻结井壁温度场变化规律
张欢
【期刊名称】《四川建材》
【年(卷),期】2015(000)002
【摘要】为研究绝热温升对冻结井壁温度场的影响，根据井壁温度实测数据，采用ANSYS有限元分析软件对冻结壁大体积混凝土的温度场分布规律进行了数值分析，建立了考虑绝热温升影响的井壁温度场分布模型。
实测与模拟结果表明：井壁浇筑后初期由于水化的热影响，井壁温度迅速升高，双曲线模型计算结果与实测值吻合程度较好。
研究结果为预测冻结井壁温度场的变化规律提供了参考依据。
【总页数】2页(P118-119)
【作者】张欢
【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001
【正文语种】中文
【中图分类】TD265.3+1
【相关文献】
1.冻结井壁混凝土温度场本构模型研究及应用 [J], 马庆福;魏政伟;张磊;王立明
2.富水厚软弱砾石层冻结壁与井壁温度场实测研究 [J], 龚有常;郭垒;陈红蕾;姜国静
3.冻结法凿井中局部冻结技术对已成井壁保护的温度场分析 [J], 李林;徐兵壮;赵根全;李长忠
4.厚黄土冲击层冻结井壁温度场变化规律分析 [J], 朱跃琴;张召千
5.冻结管倾斜角度对温度场变化规律的影响分析 [J], 郭伟;王亚;王小刚;郭岳雷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
井眼温度变化对井壁稳定的影响
井眼温度变化对井壁稳定的影响
刘玉石;黄克累
【期刊名称】《石油钻采工艺》
【年(卷),期】1996(018)004
【摘要】在深井钻井施工时，井底温度较高，钻井液循环过程中上部地层井壁温度升高。
井壁围岩受热膨胀，产生膨胀应力，应用热弹性力学方法求解井壁由于温度变化而导致的应力场变化，并定量地给出温度变化对井壁稳定的影响，对深井安全施工有一定指导意义。
【总页数】4页(P1-4)
【作者】刘玉石;黄克累
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TE245
【相关文献】
1.温度变化对花岗岩井壁稳定性的影响 [J], 王艳梅;刘宝林;王瑜;贾苍琴;瞿燕林
2.高温井地层温度变化对井壁稳定性影响规律研究 [J], 蔚宝华;卢晓峰;王炳印;邓金根;刘长虹
3.控制井眼温度维持井壁稳定 [J], 刘玉石;黄克累
4.井眼尺寸对井壁稳定性影响研究 [J], 林海;伍葳
5.温度对超深裂缝性地层井壁稳定性的影响 [J], 卢运虎;肖先恒;赵琳;金衍;陈勉
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万福矿副井井壁大体积浇筑温度场变化规律分析
万福矿副井井壁大体积浇筑温度场变化规律分析梁忠义;孔祥安【摘要】通过万福副井温度场的监测数据,研究分析其水化热温度变化规律,结果表明井壁在1 d左右达最高温度约75 ℃,而最低温度达-20 ℃,存在较大温差,进而提出降低入模温度和洒水养护及使用纤维混凝土等方法来降低井壁最大温差,避免过多的温度裂缝.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2017(043)019【总页数】3页(P73-75)【关键词】井壁;温度场;监测;大体积水化热;工业试验【作者】梁忠义;孔祥安【作者单位】兖煤菏泽能化有限公司万福煤矿筹备处,山东菏泽 274900;兖煤菏泽能化有限公司万福煤矿筹备处,山东菏泽 274900【正文语种】中文【中图分类】TU755随着浅部易采资源的耗竭，深部资源的开采问题更加严峻和急迫，而其中井筒建设是至关重要的一个环节。
井筒是通往地下资源的咽喉要道，并伴随建设生产的全过程，对于工程的安全有着至关重要的意义，而特殊凿井法在现代矿井建设中较为广泛，主要在于其工艺的优势性。
例如，随着开采深度的加大，将面临更加复杂的地质水文环境，可能要穿越砾石、富水岩层等地带，像人工冻结地层法形成的冻结幕墙很好地解决了不良的围岩环境条件，但依据设计规范，井壁的浇筑厚度甚至超过2 m，混凝土强度等级超过C60，属于高性能大体积混凝土浇筑范畴。
人工冻结地层施工法中，大体积浇筑的混凝土井壁在特殊的外界条件下，散热性很差，一边是通过井筒内空气对流的热交换，一边是与冻结壁的热传递。
在大体积高性能混凝土浇筑时，如何避免过大的温差值才能避免温度裂缝，是随着开采深度加大而亟待解决的问题。
温度裂缝是井筒服役期间极大的安全隐患，严重威胁着工程人员和财产的安全[1-5]。
关于大体积高性能混凝土的温度场研究已经有很多的相关研究成果，但是研究成果大多在水利工程上，相比于矿井工程的人工冻结地层井筒建设，其面对的环境条件存在很大差异，温度场的增长曲线也存在较大差别。
摸索井温变化规律改变热洗制度提高热洗有效率
摸索井温变化规律改变热洗制度提高热洗有效率在热洗工作中,热洗因素主要受热洗水温度、压力及时间的影响,但是总有一部分井热洗效果不明显或无效果。
不同泵径平均沉没度变化不大;主要差异在于从φ38mm到φ70mm含水差异变化较大,平均72.33%上升到90.9%;产液量变化较大,平均11.06t上升到56.26t;结蜡井数随着泵径增加比例明显下降,平均热洗有效率随着泵径的增加明显上升,φ70mm以上泵径,结蜡井比例3.8%。
1.井温变化规律摸索(1)抽油机井正常生产时的井温变化规律。
大庆地区的井温梯度差异并不大,但是在生产过程中,测量出的生产井温却差异很大,我们对正常生产井温和热洗过程井温的变化规律进行摸索。
大庆地区析蜡点为39℃,它们的油层中部温度都在42℃以上,从地层到井筒内时差异并不大,说明在泵深处不会结蜡。
选自不同区块4口井,如A井,动液面深度999.73(m),产液量20(t/d),结蜡深度800(m),B井,动液面深度687.6(m),产液量63(t/d),结蜡深度650(m),C井,动液面深度415.75(m),产液量61(t/d),结蜡深度600(m),D井,动液面深度139.2(m),产液量64(t/d),结蜡深度400(m)。
分析表明,结蜡深度与沉没度有直接关系,在相同井深条件下,结蜡深度随着动液面上升而上移。
在相同沉没度条件下结蜡深度会随着产液量增加而上移。
由于油井结蜡周期与沉没度关系密切,今后热洗周期的制定应该把沉没度作为重要因素考虑。
(2)热洗时井温变化规律。
F井热洗时井温情况。
从井温曲线可以看出,热洗前井口到井底,温度由26℃逐渐增加到38.5℃;热洗过程中热洗液随着洗井深度的增加,温度逐渐降低,从井口150m到750m时处,温度由59.5℃逐渐下降到40℃,在750m时热洗能量几乎全部损失掉,在750m以下已经不能提供热洗化蜡的能量。
证明热洗清蜡主要是热洗液在循环过程中通过热传导把温度传递给油管,溶化掉油管及抽油杆上的蜡。
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根据井壁 内、外侧 温度 的实 测数 据 ，得到 混凝 土 浇筑 后 测 试 层 位 温 度 随 时 间变 化 的情 况 ，如 图 １ 所示 。
ａＢｅ ａｎ ｄ ｈｉ ｇ ｈ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄｉ ｔ ｉ ｏ ｎ，
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１ ． ２ 井 壁 温 度 实测 结 果 及 分 析
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Ｖｏ １ ． ４１， Ｎｏ ． ２
Ａｐ ｒ ｉ ｌ ， ２ ０１ ５
Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｍａｔ ｅ ｒ ｉ ａｌ ｓ
Ｊ ， Ｊ 迂材
第４ １ 卷第 ２ 期 ２ ０ １ ５年 ４月
绝 热 温 升 影 响 的 冻 结 井 壁 温 度 场 变 化 规 律
关 键 词 ：温 度 场 ；绝 热 温 升 ； 冻结 井壁
１ 冻 结井壁 温度 场现 场 实测
１ ． １ 监 测 方 法 及 监 测 元 件 布 置
中图分类号 ：Ｔ Ｄ ２ ６ ５ ． ３ １
文献标志码 ：Ａ
ห้องสมุดไป่ตู้
文章编号 ： １ ６ ７ ２— ４ ０ １ １ （ ２ ０ １ ５） ０ ２一 叭１ ８ — ０ ２
２ ３ ２ ０ ０ １ ）
际上在温度场 中用 的是 混凝土 的绝 热温 升。绝热 温升 和混 凝 土 的 龄 期 紧 密 相 关 ，一 般 采 用 指 数 公 式 、双 曲线 公 式 或 者复合指数公 式。对温 度场 的计算 ，当前最 主要 的是采 用 现场实际测量 与数值 计算 相结 合的方 法 ，因此 ，本 文选 择 研究基于绝热温升影 响 的冻结井 壁混 凝土 养护期 间温 度场 分 布 的数 值 计 算 具 有 一 定 的实 际 意 义 。
Ｄ０Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ —４ ０ １ １ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ５ ７
根据 淮南 丁集煤 矿风井 井壁 结构 、地 质柱 状 图以及 冻 土物 理力 学的性 能测试 等 资料 ，结合 现场施 工 实际 ，选 择 在３ ４ ９ ． ５ ５～ ３ ６ ７ ． ７ ５ ｍ 处 深 厚 黏 土 层 进 行 井 壁 内外 混 凝 土 温 度现场监测。温度传感元件分 四个方 位埋设在外 层井壁 内 、 外 双 层 钢 筋 上 。其 外 层 井 壁 厚 度 为 １ ． １ ｍ，混 凝 土 的强 度 等 级为 Ｃ ６ ０ ，冻结壁设计 的平均 温度 为 一１ ４℃ ，井 内空气 温 度为 １ ３℃ 。
考虑 绝 热 温 升 影响 的井 壁 温 度 场 分 布模 型 。 实 测 与模 拟 结 果 表明：井壁浇筑后初期 由于水化的热影响 ，井壁温度迅速升 高 ，双 曲线模 型计 算结 果 与 实测 值 吻 合 程 度 较 好 。研 究 结 果
为预测冻结井壁温度场的 变化规律提供 了参考依据 。
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张 欢
（ 安徽 理工 大学 土木 建筑 学 院 ，安 徽 淮 南
摘 要 ：为研 究绝 热 温 升 对 冻结 井壁 温 度 场 的 影 响 ，根 据 井壁 温 度 实测 数 据 ，采 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限元 分 析 软 件 对 冻 结 壁 大体 积 混 凝 土 的 温度 场 分 布规 律进 行 了数 值 分 析 ，建 立 了