不均匀侧压力对井筒受力的影响分析
非均匀水平应力场中井壁结构的优化设计研究
文 章 编 号 ：６ ４ ０ ７ （０ ００ — ０ Ｏ ０ １７ — ８４２ １）３ ０ ６ 一 ４
山西大同大学学报（ 然科学版） 自
Ｊｕｎｌ ｆ ｈ ｎｉ ａｏｇＵ ｉｅｓ ｙ ａｕａ ｃ ｎ ｅ ｏｒａ ｏ ａｘ ｔ ｎｖｒｉ （ ｔｒｌ ｉ ｃ） Ｓ Ｄ ｎ ｔＮ Ｓｅ
关键词 ：不均匀侧压 力 井壁
中 图分 类 号 ： Ｄ ５ ＋３ Ｔ ３２ －
优化设计
形状优化
数值计算
文献标识码 ： Ａ
１ 引 言
立 井是 矿 山生产 运输 的 咽喉要 道 ， 井 的施 丁 立 是矿 山建设 十 分重要 的一环 ， 为立 井 永久 支 护 的 作
的整体 尺寸设 计后 ，再利 用形 状优 化技术 对井壁 的 局 部边 界形状 进行 优化 ，使得 井壁 的结构 在 主体结 构 上满足 设计 准则 的要求 ，在 局部 区城 又改善 了应 力分 布 ． 时通 过 形 状 优 化 不 仅 可 以 降低 应 力 集 同 中 ，更重 要 的是 提 高 了井 壁 材料 的利 用 率 ， 载 荷 使
寻 找非均匀 水平 应力 场 中井 壁 的合 理 结构具 有积极
的 意义．
随着计 算机 应用 技 术 的提 高 ，以有 限元分 析技 术为基 础的形状 优 化技术得 到 了发 展 它 主要 研究 ． 如 何 确定 连 续 体 结 构 的边 界 形 状 或 者 内部 几 何 形 状 ，以改善 结构 的特性 ，其 中更 多的是 降低应 力集 中、 改善 应力 的分 布状 况 、 提高 稳 定性 、延 长 结构 寿命 ． 它通 过 改变 区域 的几 何 形状 来 达到 某种 意
数 与设 计 变量之 间是 一种 非线性 关 系 ，有 时其非线 性程 度还 很高 ．要将 形状 优化 技 术应用 于 Ｔ程 的常
高应力不同侧压条件下井壁合理结构及稳定性
、 ｒ
、
题 。井筒 作为矿 井 生产运 输 的咽喉要 道 ， 其 稳定 性直 接关 系整 个矿井 的安全生 产 和效益 ， 为此研 究 高应力
不 同侧 压 条件下 井 壁 的稳 定性 ， 寻求 合理 的井壁 结构 就显 得非 常重要 。 国 内外 学者 对 双侧 压 力 不 同情 况 下 井 筒应 力 分 布和合 理结 构都 做过 许多 研究 Ｉ ４ Ｊ ， 其 大都 在 弹性 力 学 不 同侧压 圆形 孔 的结 果 上 ， 然而 ， 随 着 现代 数 学 与 计 算机 技术 的迅 速 发展 ， 优 化 技 术 得 到 了发 展 ， 部 分
１ 井壁 结构 的受 力分析
为 了分析不 同侧 压井壁 结构 的受力 ， 首先 依据 弹
性理 论双 向不 等压 结论 。双 向不 等压 井 筒 受 力 简
化 图见 图 １ 。
Ｐ０
于地质 构造 、 煤 层埋 深 、 岩 体特性 等方 面 的原 因 ， 井筒
经常在 水平 双 向应力 大小 不 同 ， 且应 力水平 较高 的条 件 中建 设 ， 由此 带来 了井 筒 稳定 性 差 、 施 工 困难 等 问
＝
，
， 十 十 千 十 千 千 千 、
图１ 双向不等压井 筒受力简化 图
（ １＋ 枷 （ １一 ２ ）＋
学者也 对不 同侧 压下 井壁 的合理 结构 做 了研 究 。 本 文在 不 同侧压 井 壁 应 力 分 布及 合 理 结构 研 究
的基础 上 ， 利用 理论 分 析 和 数值 计 算 相 结合 的方 法 ， 分 析井 壁结 构 的合理受 力及 结构 ， 以改 善井 壁结构 的 受力 ， 充分 发挥 材料 的利用 率 为 目的 ， 给 出了井 壁 结
井筒周向应力
井筒周向应力1. 介绍井筒周向应力是指在钻井过程中，井筒壁周围所受到的应力情况。
了解井筒周向应力对于钻井工程的设计和操作具有重要意义。
在钻井过程中，井筒周向应力的变化会直接影响到井壁的稳定性和钻井液的循环效果。
2. 影响因素井筒周向应力受到多种因素的影响，主要包括地层应力、钻井液压力、钻井液密度、钻头尺寸和井深等。
2.1 地层应力地层应力是指地层内部的应力分布情况。
地层应力的大小和方向是由地层岩石的物理性质和地质构造决定的。
通常情况下，地层应力随着井深的增加而增大。
地层应力的方向对于井筒周向应力的分布有重要影响。
2.2 钻井液压力钻井液压力是指钻井液对井筒壁施加的压力。
钻井液压力的大小取决于钻井液的密度和泵送速度。
在钻井过程中，钻井液压力会导致井筒壁周围的应力分布发生变化。
2.3 钻井液密度钻井液密度是指钻井液的重量与体积的比值。
钻井液密度的大小会直接影响到钻井液压力的大小。
通常情况下，钻井液密度越大，钻井液压力越大，井筒周向应力也会增大。
2.4 钻头尺寸钻头尺寸是指钻头的直径。
钻头尺寸的大小会影响到钻头对地层的切削力和摩擦力。
钻头尺寸越大，钻头对地层的切削力和摩擦力越大，井筒周向应力也会增大。
2.5 井深井深是指钻井的深度。
井深的增加会导致地层应力的增大，从而使井筒周向应力也增大。
3. 应力分布井筒周向应力的分布情况是非常复杂的，通常呈现出非均匀分布的特点。
在井筒壁的不同位置，井筒周向应力的大小和方向也会有所不同。
根据地层应力的方向和大小，井筒周向应力可以分为三种情况：水平井、斜井和垂直井。
3.1 水平井在水平井中，地层应力的方向与井筒轴线平行。
由于地层应力的方向与井筒轴线平行，水平井的井筒周向应力分布相对均匀，通常为轴对称分布。
3.2 斜井在斜井中，地层应力的方向与井筒轴线不平行。
由于地层应力的方向与井筒轴线不平行，斜井的井筒周向应力分布呈现出非均匀分布的特点。
通常情况下，斜井的井筒周向应力在井筒的上部和下部较大，在井筒的中部较小。
井筒周向应力
井筒周向应力摘要：一、井筒周向应力的概念二、井筒周向应力的影响因素1.井深2.井壁稳定性3.地下水压力三、井筒周向应力的解决方法1.井壁加固2.优化钻井工艺3.地下水降压四、井筒周向应力的监测与控制1.监测方法2.控制措施五、总结正文：井筒周向应力是指在钻井过程中，由于地下岩石对井筒产生的压力，使得井筒壁面受到的应力。
这种应力对井筒的稳定性、钻井作业的安全性以及油气井的生产效果具有重要影响。
井筒周向应力的影响因素主要包括井深、井壁稳定性和地下水压力。
井深是影响井筒周向应力的主要因素，随着井深的增加，井筒所承受的岩石压力也会相应增大，导致井筒周向应力增大。
井壁稳定性也会影响井筒周向应力，当井壁稳定性较差时，井筒周向应力也相应增大。
地下水压力也是影响井筒周向应力的一个重要因素，地下水压力不均匀或较大时，会使得井筒周向应力增大。
为了解决井筒周向应力问题，可以采取以下方法：井壁加固、优化钻井工艺和地下水降压。
井壁加固是通过提高井壁的强度和稳定性来减小井筒周向应力，常用的方法有注浆、喷射混凝土等。
优化钻井工艺是通过改变钻井参数，如钻井液密度、排量等，来减小井筒周向应力。
地下水降压是通过降低地下水压力，减小井筒周向应力。
井筒周向应力的监测与控制是保证钻井作业安全的重要环节。
监测方法主要包括应力计监测、地震波监测等。
通过监测可以实时了解井筒周向应力的变化，及时采取控制措施。
控制措施主要包括调整钻井液参数、改变钻井方式、进行井壁加固等。
总结来说，井筒周向应力是钻井过程中一个重要的参数，对井筒稳定性、钻井作业安全性和油气井生产效果具有重要影响。
立井井筒施工容易出现的问题以及预防措施
一、膨胀黏土层施工中常出事故:黏土层膨胀,易片帮、抽帮，钢筋绑扎、模板固定后，黏土层膨胀快造成混凝土支护厚度、强度不能达到设计要求，冻土掉入模板钢筋内影响混凝土质量和支护厚度.如井帮位移量过大,造成冻结管断裂,盐水泄漏,冻结壁破坏，导致混凝土井壁抵挡不住冻土冻胀力而浮现井壁掉皮、脱落、开裂、漏水、淹井等事故.预防措施加强冻结,应保证井筒深部黏土层内井帮温度符合相关设计要求规定，以提高冻结壁自身强度1、先让后抗原则(1)在掘进周边荒径中，开切竖向卸压槽,长度为一模段高，在井帮均匀开挖卸压槽(槽宽×槽深×槽间距=300×200×500~700mm)，其内充填芦苇笆当黏土膨胀时，其膨胀土流入槽内空间，体现出“卸压”的效果.(2)加强支护强度 ,加密钢筋布置，同时提高混凝土的强度，体现出“抗”的原则,使黏土浮现膨胀时，能抗住膨胀压力。
2、减少井壁暴露时间(1)在掘进方式上组织足够人力、物力、机械强行快速台阶式掘进。
先挖超前小井，使井筒中心超前小井低于工作面 1m 以上,防止井筒空气与井帮温差，然后进行刷帮，释放部份压力。
(2)在支护上采用短段掘进，小段高快速掘砌,段高控制在 2m 以内，先掘出刃脚槽坑，提前立模筑壁(中间高出的 0.5~0.8m 挖掘与筑壁平行作业) ,缩短冻土井帮暴露时间，减少位移量。
3、表土冻结段外壁混凝土中掺入抗冻高效减水剂，提高混凝土早期强度，使砼的强度 24 小时内达到设计值的50％以上， 72 小时内达到设计值的 80％以上内壁套砌时掺放防裂密实剂，增强抗渗性能,提高封水效果。
4、掘进时井帮遇到异物要剔除 ,确保不因异物挤占空间导致砼井壁厚度不够。
5、调节冻结方式 ,加强井筒外排冻结孔的流量，减少内排孔冻结的流量，使总冻结流量不变,使井帮冻结温度有所下降，减少黏土层的冻胀力，且不降低总冻结壁的厚度。
6、加强已暴露井壁位移量的观测 ,掌握黏土层膨胀速度。
沉井常见问题
1.下沉过快1．现象沉井下沉速度超过挖土速度，出现异常情况，施工难以控制。
2．原因分析(1)遇软弱土层，土的承载力很低，使下沉速度超过挖土速度。
(2)长期抽水或因砂的流动，使井壁与土的摩阻力下降。
(3)沉井外部土体出现液化。
3．预防措施(1)发现下沉过快，可重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土。
(2)将排水法改为不排水法下沉，增加浮力。
(3)在沉井外壁间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实，增大摩阻力。
4．治理方法(1)可用木垛在定位垫架处给以支承，以减缓下沉速度。
(2)如沉井外部土液化出现虚坑时，可填碎石处理2下沉过慢1．现象沉井下沉速度很慢，甚至出现不下沉的现象。
2．原因分析(1)沉井自重不够，不能克服四周井壁与土的摩阻力和刃脚下土的正面阻力。
(2)井壁制作表面粗糙，高洼不平，与土的摩阻力加大。
(3)向刃脚方向削土深度不够，正面阻力过大。
(4)遇孤石或大块石等障碍物，沉井局部被搁住，或刃脚被砂砾挤实。
(5)遇摩阻力大的土层，未采取减阻措施，或减阻措施遭到破坏，侧面摩阻力增大。
(6)在软粘性土层中下沉，因故中途停沉过久，侧压力增大而使下沉过慢或停沉。
3．预防措施(1)沉井制作应严格按设计要求和工艺标准施工，保持尺寸准确，表面平整光滑。
(2)使沉井有足够的下沉自重，下沉前进行分阶段下沉系数X 的计算(X 值应控制不小于1．10～1．25)，或加大刃脚上部空隙。
(3)在软粘性土层中，对下沉系数不大的沉井，采取连续挖土，连续下沉，中间停歇时间不要过长。
(4)在井壁上预埋射水管，遇下沉缓慢或停沉时，进行射水以减少井壁与土层之间的摩阻力。
(5)在井壁周围空隙中充填触变泥浆(膨润土20％、火碱5％、水75％)或黄泥浆，以降低摩阻力，并加强管理，防止泥浆流失。
泥浆应根据土层特性按表ll —1选用。
不同土层对泥浆要求表11-14．治理方法(1)如因沉井侧面摩阻力过大造成，一般可在沉井外侧用0．2～0．4MPa 压力水流动水针(或胶皮水管)沿沉井外壁空隙射水冲刷助沉。
不均匀侧压条件下井壁结构受力机理研究_张建俊
力，即：
( ) ( ) ( ) σr
=
k2 PA k2 － 1
1
+
β 2
1
－
a2 r2
+ k4 βPA 2k1
－ k2
+ 2k3
a2 r2
－ k4
a4 r4
cos2θ ，
（ 9）
( ) ( ) ( ) σθ
=
k2 PA k2 － 1
1
+
β 2
1
+
a2 r2
+ k4 βPA 2k1
－ 2k5
r2 a2
荷载两部分，利用叠加原理将两者对井筒受力的影响相加，获得井壁受力公式，并通过分析不同厚径比和不均
匀侧压系数条件下井壁不同位置和极值点的受力变化，揭示了厚径比和不均匀侧压系数对井壁受力的影响
规律，提出了相应的不均匀侧压条件下井壁结构设计计算的主要原则和程序，其可靠性得到了实际工程的检
验。研究结果表明： 不均匀侧压条件下井壁结构受力差异悬殊，且存在受力极值点； 厚径比和不均匀侧压系数
基岩段井壁受力特征与表土段截然不同，水平围岩压力是导致井壁破裂的主因，而不稳定软岩地层 井壁受力更为复杂［10-17］。随着开采深度的增加，深立井软岩支护问题更加严峻，依据外部均布荷载条 件下平面应变问题中的厚壁圆筒问题理论计算获得的支护参数已不尽合理。因此，有必要就深部不稳 定围岩变形对井壁作用的特点和井壁内部受力的特征等问题进行深入研究。
1 不均匀侧压条件下的井壁受力计算
井筒穿过不稳 定 岩 层 时，或 壁 后 充 填 物 不 均 匀 时，或 施 工
方法不同时，都会导致井壁承受不均匀侧压力。现场测试资料 显示这种不均匀性是复杂的，不具备明显的规律性［18］，因此，在
煤层气水平井井筒压力分布规律及其影响
煤层气水平井井筒压力分布规律及其影响摘要:国内外大量相关研究表明若忽视水平井井筒中的压降,将给水平井的生产计算分析带来较大的误差。
本文对煤层气水平井井筒压力分布规律进行了深入的研究,考虑到煤层气水平井井壁入流和井筒内流体变质量流动的实际情况,选取井筒中一微元段进行分析,通过结合质量守恒定律、动量守恒定律推导并建立了水平井的井筒压力分布模型。
并利用所建立的压力分布模型对不同内径、不同产量、不同水平段长度的水平井井筒进行了实例计算,得到了三种情况下水平井井筒中的压力分布情况。
并对结果进行了对比分析,结果表明井筒内径越小、产量越大时水平井井筒中的压力分布曲线越陡,井筒压力分布越不均匀。
关键词:煤层气水平井筒压力分布煤粉近年来,水平井技术在煤层气田开发中得到了广泛的应用,对水平井技术的研究也越来越受到重视。
国内外学者对常规油气藏的井筒压降情况已经进行了大量的研究[1～4],但是关于煤层气U型水平井井筒压力分布及对煤粉产出的影响分析方面的研究却很少见有文献报道。
如果煤层气水平井井筒压降增大,将导致趾端气体锥进,出现部分水平井筒不产气的情况。
对于水平井水平段长度较长和水平段井筒内径较小的井,在水平井筒跟端相对较容易出现不产气的井段。
而趾端的气体快速突破将很大程度增加这部分井段的煤粉大量产出,从而会导致煤层的煤粉运移堵塞流动通道。
由于准确预测煤层气水平井井筒的压力分布情况对煤层气井的生产开发有较大的指导意义,故本文对此进行了深入的研究。
1 考虑井筒变质量流动的煤层气水平井井筒压力分布模型1.1 物理模型及假设本文研究的是现场常用的采用一口水平井连通一口直井,通过直井进行排水采气来进行生产作业的煤层气U型水平井。
煤层气U型水平井示意图如图1。
假设条件如下。
(1)煤层气井水平段为裸眼完井。
(2)排水结束进入稳定生产,井筒中为单相气体流动。
(3)等温、稳态流动。
(4)忽略井壁入流引起的混合损失。
(5)煤层均质、各向同性。
支撑剂非均匀分布对页岩气井产能的影响
ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｓ ｈ ｌｅ ａ ｇ ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｐ ｐ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｒａ ｆ ｃ ｔ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｒ ｅ ｌ ｏ ｗ； ｂ ｕ ｔ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ
２ ． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｇ ａ ｓ Ｐ ｉ ｐ ｅ １ ｉ ｎ ｅ Ｂ ｕ ｒ ｅ ａ ｕ， Ｌ ａ ｎ ｇ ｆ ａ ｎ ｇ ０ ６ ５ ０ ￣ Ｏ， Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ａ ｓ ｈ ｌｅ ａ ｇ ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｎ — ｕ ｎ ｉ ￣ｒ ｍ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｐ ｐ ａ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ａ ｎ ｄ ｒａ ｆ ｃ ｔ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｒａ ｆ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｓ ｈ ｌｅ ａ ｇ ａ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ｌｙ ａ ｚ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ￣ｒ ｍ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ —
考虑非均质性的分段压裂水平井压力动态分析
实际的油藏不可能是均质的，而是非均质的，油藏内部区域的渗透率大小不一并且分布也不均匀。
而这些因素必将对井底压力产生影响[1-2]。
常规的解析方法大多用于计算一些规则形状均质油藏的不稳定压力，难以适应任意形状非均质油藏的情况，因而只能采用数值解法。
其中，有限元法却克服了区域形状的限制，可以灵活处理各种形状的边界问题[3]。
2011年，吕杭[4]等人建立了非均质气藏压裂水平井产能预测数学模型，采用有限元方法对其进行求解。
2014年，孙志学、姚军[5]等人建立基岩和复杂裂缝系统的数学模型，利用有限元方法对模型进行求解。
为此，本文建立了非均质油藏不稳定渗流的数学模型。
利用有限元方法对数学模型进行求解，绘制了考虑油藏非均质性因素的井底不稳定压力典型曲线，并分析了曲线特征。
1 分段压裂水平井物理模型1.1 物理模型分段压裂水平井物理模型如图1所示。
设在一有效厚度为h 的油层中有一口水平井，共压开N F 条裂缝，裂缝面垂直于水平井筒；裂缝半长x F 、裂缝导流能力K F ·w （水力裂缝渗透率乘以裂缝宽度）和裂缝间距均可各不相等；裂缝高度等于储层厚度；裂缝具有有限导流能力；不考虑水平井筒内压降影响。
图1 分段压裂水平井模式图Fig. 1 The multi-fractured horizontal well mode2 分段压裂水平井数学模型2.1 基质系统数学模型将基质系统看成二维系统，且流体在基质系统中符合达西定律，渗流过程中人工裂缝与基质连续的接触面上压力处处相等，其数学模型为（1）考虑非均质性的分段压裂水平井压力动态分析徐 鹏1，付春权1，李兴科1，2，刘岢鑫1（1.东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318；2.吉林油田公司 油气工程研究院，吉林 松原 138000）摘 要：建立了致密油藏分段压裂水平井不稳定渗流数学模型，利用有限元法对其进行求解，分析了分段压裂水平井的流动阶段特征，对比了不同非均质情况下分段压裂水平井压力动态曲线的特征。
非均匀荷载下斜井井壁应力和位移场弹性分析
第 45 卷第 11 期2020 年 11 月煤 炭 学 报JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYVol. 45 No. 11Nov. 2020移动阅读杨仁树，王千星.非均匀荷载下斜井井壁应力和位移场弹性分析[J].煤炭学报,2020,45(11):3726-3734.YANG Renshu , WANG Qianxing. Elastic analysis of full stress and displacement field for inclined shaft liner subjectedto non-uniform stresses [J]. Journal of China Coal Society , 2020,45(11) ：3726-3734.非均匀荷载下斜井井壁应力和位移场弹性分析杨仁树1,2，王千星3(1.中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京100083；2.北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083；3.中建港航局集团有限公司，上海200433)摘要：为了获得非均匀荷载作用下非圆形斜井井壁的弹性解析解，获悉非圆形井壁的应力应变分 布规律，建立了受围岩土骨架压力与孔隙水压共同作用的直墙半圆拱斜井井壁模型，首先利用混合 罚函数方法计算出不规则井壁的映射函数方程；其次利用复变函数理论，推导出井壁全应力和位移 场弹性近似解析解，并通过数值模拟对解析解进行了验证，最后考虑了接触面孔隙率n p 、卸载率”、 侧压力系数A 和井壁厚径比g 等因素的影响。
结果表明，映射函数可高度映射非圆形井壁断面，保证井壁形状对理论解的影响；针对直墙半圆拱型井壁，底板和侧墙与底板连接处应力梯度最大，井壁底板和拱顶内缘中心为防裂控制点，接触面孔隙率变大会缓解顶底板的拉应力，但同时会增加侧墙处拉应力，接触面孔隙率可改变拱顶和侧墙的受力状态，n p M0. 8后，侧墙上端为防裂控制点，拱 顶内缘转为受压状态；井壁厚径比g 的变化可显著减小井壁的受力和变形值,但不改变井壁的受力和变形状态；因此在井壁设计时需综合考虑井径与侧墙高度比，合理优化井壁断面，围岩卸载率直 接反映了井筒开挖后围岩作用在井壁上的荷载，在设计和施工时应充分利用围岩自承载能力，减小井壁所受荷载。
基于压力平衡方法的井筒正常状态与异常状态识别研究
基于压力平衡方法的井筒正常状态与异常状态识别研究近年来，随着我国石油行业的发展，油田的井筒越来越多，对于井筒的管理和维护工作也显得尤为重要。
其中，井筒正常状态与异常状态的识别是井筒管理的重要一环。
本文将基于压力平衡方法，探讨井筒正常状态与异常状态的识别研究。
一、压力平衡方法简介压力平衡方法，是针对纵向气液两相流模型的一种流量计算方法，该方法可以计算储层、井筒、地层油气分离器等流动部件的气液两相流分布和流量。
井筒内部是一个复杂的气液两相流体系统，系统的正常状态和异常状态是不同的。
正常状态在压力平衡下，气液两相的出入量相等，井筒内部的压力也会维持在一个稳定状态。
而在异常状态下，由于各方面因素的影响，气液两相流量不平衡，使井筒内部气体压力和液位产生变化。
二、井筒正常状态识别研究在井筒的正常状态下，气液两相的流量是平衡的，我们可以通过多个指标来判断井筒是否处于正常状态。
例如，我们可以通过测量井筒底部的气压和流量来确定正常状态下的井筒液位。
在井筒的正常状态下，假设井筒内的液位位于液面计和入口之间，那么经过一段时间后，液位会稳定在液位计的示数，并且井筒的气压也会稳定。
因此，我们可以通过测量井筒底部气压的变化来确认井筒是否处于正常状态。
三、井筒异常状态识别研究在井筒的异常状态下，由于井筒内部气液分布不平衡，使得气压和液位发生变化。
我们也可以通过多个指标来判断井筒是否处于异常状态。
例如，在发现井筒气压异常的情况下，可以进行进一步的采集数据，通过流量计的测量来推断液位是否异常。
如果液位较低，说明液相的流量减少，气相的流量相应地增加，从而导致气压升高；如果液位较高，说明液相的流量增加，气相的流量减少，气压会随之降低。
可以看到，井筒的正常状态和异常状态的识别，对于井筒管理和维护工作具有非常重要的意义。
based on压力平衡方法，可以有效地识别井筒正常状态和异常状态，从而提高井筒的管理和维护水平。
井筒的正常状态和异常状态还和地质条件、油藏开发进展等因素有关，期待在未来的研究中，能够探讨更加准确具体的井筒状态识别方法。
不均匀受力条件下钢板复合钻井井壁的抗弯特性的开题报告
不均匀受力条件下钢板复合钻井井壁的抗弯特性的
开题报告
1. 研究背景和意义
石油工程中，钢板复合钻井井壁是常用的一种钻井工具，其优点包括强度高、耐磨损、耐腐蚀等特点，可以在复杂地质条件下完成高效的钻井工作。
然而，在实际的钻井作业中，钢板复合钻井井壁常常会遇到不均匀受力的情况，这种情况下其抗弯特性受到影响，会对钻井工作产生不利影响，因此研究钢板复合钻井井壁在不均匀受力条件下的抗弯特性显得尤为重要。
2. 研究内容和方法
本研究将重点研究钢板复合钻井井壁在不均匀受力条件下的抗弯特性，具体包括以下内容：
1) 建立钢板复合钻井井壁的有限元模型，包括井筒、套管、套管环及钢板等部件，考虑不同的井深、井径、钢板长度、厚度等参数，以及不同的受力情况。
2) 利用有限元方法对上述模型进行数值计算，得到钢板复合钻井井壁的应变和应力分布情况，分析其受力情况。
3) 研究不同受力条件下钢板复合钻井井壁的抗弯特性，分析其破坏机制、破坏形态等特点，探讨不同构型、参数对抗弯特性的影响。
4) 进一步开展实验研究，采用物理模型对钢板复合钻井井壁在不同受力条件下的抗弯特性进行验证，验证模型的准确性和可靠性。
3. 研究预期成果和意义
本研究对于优化钢板复合钻井井壁的设计、提高其抗弯特性、保障钻井安全等方面具有重要的意义。
研究成果将能够为石油工程钻井领域
提供理论依据和技术支持，有助于推动我国石油工程钻井技术的发展和进步。
沉井质量通病以及对策
沉井质量通病以及对策一、沉井制作外壁粗糙、鼓胀1．现象沉井浇筑混凝土脱模后，外壁表面粗糙、不光滑，尺寸不准，出现鼓胀，增大与土的摩阻力，影响顺利下沉。
2．原因分析(1)模板不平整，表面粗糙或粘有水泥砂浆等杂物未清理干净，脱模时，混凝土表层被粘脱落。
(2)采用木模板，浇筑混凝土前未浇水湿润或湿润不够，混凝土水分被吸去，致使混凝土失水过多，疏松脱落形成粗糙面。
(3)采用钢模板支模，未刷或局部漏刷隔离剂，拆模时，表皮被钢模板粘结脱落。
(4)模板接缝、拼缝不严密，使混凝土中水泥浆流失，而使表面粗糙；或混凝土振捣不密实，部分气泡留在模板表面，混凝土形成粗糙。
(5)筒壁模板局部支撑不牢，或支撑刚度差，或支撑在松软土地基上；浇筑混凝土时模板受振，或地基浸水下沉，造成局部模板松开外壁鼓胀。
(6)混凝土未分层浇筑，振捣不实，漏振或下料过厚，振捣过度，而造成模板变形，筒壁表面出现蜂窝、麻面或鼓胀。
3．预防方法(1)模板应经平整，板面应清理干净，不得粘有干硬水泥砂浆等杂物。
(2)木模板在浇筑混凝土前，应充分浇水湿润，清洗干净；钢模脱模剂要涂刷均匀，不少于二遍，不得漏刷。
(3)模板接缝、拼缝要严密，如有缝隙，应用油毡条、塑料条、纤维板或刮腻子堵严，防止漏浆。
(4)模板必须支撑牢固，支撑应有足够的刚度；如支撑在软土地基上应经加固，并有排水措施，防止浸泡。
(5)混凝土应分层均匀浇筑，严防下料过厚及漏振、过振，每层混凝土均应振捣至气泡排除为止。
4．治理方法井筒外壁粗糙、鼓胀主要是增大了下沉摩阻力，影响下沉，应加以修整。
即将粗糙部位用清水刷洗，充分湿润后，用素水泥浆或1：3水泥砂浆抹光。
鼓胀部分应将凸出部分凿去、洗净，湿润后亦用素水泥浆或1：3水泥砂浆抹光处理。
井筒裂缝1．现象井筒制作完毕，在沉井壁上出现纵向或水平裂缝，有的出现在隔墙上或预留孔的四角。
2．原因分析(1)沉井支设在软硬不均的土层上，未进行加固处理，井筒浇筑混凝土后，地基出现不均匀沉降造成井筒裂缝。
不均匀侧压力对井筒受力的影响分析_郭力
收稿日期:2008-07-31 作者简介:郭 力(1980-),男,山东菏泽人,现为中国矿业大学博士研究生,主要从事特殊凿井技术与地下结构的研究。
不均匀侧压力对井筒受力的影响分析郭 力1,齐善忠2,杨 超1(1.中国矿业大学岩土工程研究所,江苏徐州 221008;2.黄河水利职业技术学院交通工程系,河南开封 475003) 摘 要:立井井筒所受的水平侧压力沿井筒周边分布的不均匀性导致井筒井壁可能出现拉应力,这对混凝土井壁来说是很不利的,因而有必要求解分析井筒的受力状况。
论文通过对井筒的弹性分析,判断不均匀受压下井壁的受压受拉状态,推导了井壁刚好不出现拉应力时井壁厚度的计算公式。
关键词:不均匀侧压力;井筒;弹性力学;井壁;厚径比 中图分类号:T D 321 文献标识码:A 文章编号:1671-0959(2008)11-0064-04A n a l y s i s o nu n e v e ns i d e p r e s s u r e a f f e c t e dt om i n e s h a f t s t r e s s e dG U OL i 1,Q I S h a n -z h o n g 2,Y A N GC h a o1(1.R e s e a r c hI n s t i t u t eo f G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g ,C h i n a U n i v e r s i t y o f M i n i n g a n dT e c h n o l o g y ,X u z h o u ,221008,C h i n a ;2.D e p a r t m e n t o f T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ,Y e l l o wR i v e r Wa t e r C o n s e r v a n c yT e c h n o l o g y I n s t i t u t e ,K a i f e n g ,475003,C h i n a )A b s t r a c t :T h eu n e v e no f t h el a t e r a l s i d ep r e s s u r ea l o n gt h em i n es h a f t p e r i p h e r yc o u l dc a u s et h em i n es h a f t t oh a v et e n s i o n a l s t r e s s ,w h i c h c o u l d b e u n f a v o r a b l e t o t h e m i n e c o n c r e t e s h a f t .T h e r e f o r e i t w a s n e c e s s a r y t o c a l c u l a t e a n d a n a l y z e t h e s t r e s s e ds t a t u s o f t h em i n es h a f t .Wi t ht h ee l a s t i ca n a l y s i s o f t h em i e ns h a f t ,t h ep a p e r j u d g e dt h ep r e s s u r i z e da n d t e n s i o n e d s t a t u s o f t h eu n e v e np r e s s u r i z e dm i n es h a f t ,d e r i v e dt h e c a l c u l a t i o nf o r m u l ao f t h em i n es h a f t l i n e r t h i c k n e s s w h e n t h e r e w a s n o t e n s i o n a l s t r e s s o c c u r r e d o nt h e m i n e s h a f t l i n e r .K e y w o r d s :u n e v e n s i d ep r e s s u r e ;m i n e s h a f t ;e l a s t i c m e c h a n i c s ;m i n e s h a f t l i n e r ;t h i c k n e s s a n d d i a m e t e r r a t i o 立井是矿山生产运输的咽喉要道,立井的施工是矿山建设十分重要的一环,作为立井永久支护的井壁结构———井筒,其运营工作的状况直接影响到矿山的生产,因而井筒的受力情况是值得关注的。
非均匀地应力条件下注水井泄压对套管受力的影响分析
地应 力 分 布 的 不 均 匀 将 使 钻 井 过程中 井 眼 的 形 状 发 生 改 变 ， 形 成 椭圆井 眼 ， 而 椭 圆 井 眼 形 成 后 非 均 匀地应力 会 对 泄 压 井 套 管 受 力 产 生 影响 。 笔者 通 过 模 拟 计 算 分 析 了 水 平方向不 同 地 应 力 差 值 条 件 下 的 套 管应力状况 。 当最小水平主应 力 为 ３ ５ ＭＰ ａ 时，分 别 设 置 最 大 水 平 主 应 力 为 ，通过模拟计 ５、４ ０、４ ５、５ ０ ＭＰ ａ ３ 算 ， 绘制图 ２ 所 示 的 套 管 应 力 变 化 情况 。 由图 ２ 可以 得 出 ： 在 泄 压 差 值 为１ ５ ＭＰ ａ 条 件 下， 随 地 层 水 平 方 向最大 、 最小 主 应 力 差 值 增 加 ， 套 管所 受 的 ｖ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ等 效 应 力 保 持 不变 。 同时 ， 从图 ３ 中可以看出 ， 在非均匀地应力条件下 ， 注水井泄压时 ， 会形成椭圆形井眼 ， 但是非
·６ ６·
石油中旬刊 ） 自科版 ） ２ 长江大学学报 （ ０ １ ５年６月 第１ ２卷 第１ ７期 （ ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｔ ｚ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ５，Ｖ ｏ ｌ ． １ ２Ｎ ｏ ． １ ７ Ｊ ｇ ｙ（
显著 。 目前 ， 国内外学者对注水井泄压所引起的套管损坏问题开展了大量的研究 ， 提出采用控制注水井
５， ６］ ７］ 。 刘绍轩 ［ 应用流固耦合原理 ， 提出了 注 水 井 在 放 溢 流 泄 压 过 程 中 生 泄压速度的方法来解决该问题 ［
提高井筒压力计算精度的方法
提高井筒压力计算精度的方法
1.采集更准确的数据：在计算井筒压力时，需要采集包括井深、井段长度、井口温度、地层压力等多种数据。
为了提高计算精度，需要尽可能采集更准确、更全面的数据，可以使用高精度的传感器来采集。
2. 考虑地层非线性特性：地层的非线性特性会对井筒压力计算造成影响。
因此，在计算时需要考虑地层非线性特性，可以采用数值模拟等方法进行计算。
3. 考虑井筒的实际情况：井筒的实际情况也会对井筒压力计算造成影响。
例如井筒的直径、井壁摩擦等因素都会影响井筒压力。
在计算时需要考虑这些因素，并进行适当的修正。
4. 采用更精确的计算方法：为了提高井筒压力计算精度，可以采用更精确的计算方法。
例如，可以使用数值模拟、神经网络等方法进行计算，以提高计算精度。
5. 对计算结果进行验证：在计算完成后，需要对计算结果进行验证。
可以采用实测数据与计算结果进行比对，以检验计算精度。
如果发现计算结果与实测数据存在较大差异，需要重新进行计算或修正计算方法。
- 1 -。
井筒周向应力
井筒周向应力
井筒周向应力是指沿着井筒周向的压力分布情况。
在地下开采和工程施工中，井筒周向应力的分布对井筒的稳定性和工程的成功与否起着重要作用。
井筒周向应力的大小和分布受到很多因素的影响，包括地层的力学性质、地下水压力、地壳应力等。
一般来说，井筒周向应力分为三种情况：
1.径向应力相等的情况：这种情况下，井筒周向应力是均匀分
布的，即井筒周向应力在各个方向上相等。
这种情况适合于较坚硬的地层，井筒较稳定。
2.径向应力不相等的情况：这种情况下，井筒周向应力在不同
的方向上不相等，呈现为不同的应力梯度。
这种情况适合于土壤或软岩地层，井筒的稳定性需要通过合适的支护措施来保证。
3.非均匀应力分布的情况：这种情况下，井筒周向应力的分布
不仅呈现出径向的梯度变化，还可能存在局部的非均匀性。
这种情况一般出现在复杂的地层中，井筒的稳定性需要综合考虑多个因素。
总之，井筒周向应力的大小和分布情况对井筒的稳定性和工程的成功与否起着重要作用，需要在实际工程中进行工程地质与力学的综合分析和设计，以确保井筒的安全施工和运营。
内压不平衡力
内压不平衡力内压不平衡力在日常生活中很常见。
比如说，当我们打气筒给轮胎充气时，轮胎内部的气体压力会增加，而外部的气体压力较低，造成了内外压力的不平衡。
这时，轮胎会因为内部压力的增加而膨胀，如果内压过大，轮胎可能会爆炸。
另一个例子是喷气式发动机。
发动机内部燃烧产生的高温高压气体会通过喷射口排出，形成向后的推力。
而在发动机内部，高温高压气体与周围环境的气压相差很大，就会产生内外压力的不平衡。
为了平衡内外压力，发动机需要采取一系列的设计措施，如增加结构强度、优化喷射口形状等。
在工程领域，内压不平衡力也是一个重要的考虑因素。
比如说，在设计容器或管道时，需要考虑内部介质的压力对结构的影响。
如果内部压力过大或不均匀分布，容器或管道可能会发生变形、破裂等事故。
因此，工程师在设计中通常会考虑增加结构强度、采用合适的材料等方式来解决内压不平衡力的问题。
除了工程领域，内压不平衡力在生物学中也有重要的作用。
比如说，在植物的细胞内部，细胞壁承受着细胞内部的渗透压。
当细胞内部的溶质浓度较高时，细胞壁会受到内压的作用而膨胀，使植物细胞能够保持正常的形态和功能。
内压不平衡力还在一些物理现象中发挥着重要的作用。
比如说，气球膨胀时，气体分子碰撞容器壁产生的压力会使得气球膨胀。
而当气球内外气压不平衡时，气球可能会爆炸。
内压不平衡力是一种常见的物理现象，它在日常生活、工程设计和生物学等领域都有重要的应用。
了解和解决内压不平衡力的问题对于保证物体的结构和稳定性至关重要。
通过合理的设计和措施，我们可以有效地应对内压不平衡力带来的挑战，确保物体的正常运行和安全性。
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关键 词 ：不均 匀侧压 力 ；井筒 ；弹性 力 学 ；井壁 ；厚径 比 中图分 类号 ：Ｔ ３ １ Ｄ ２ 文 献标识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１７ ０５ （０ ８ １－０４０ ６ １— ９９ ２０ ）１ ６ － ０ ４
Ａｎａ ｙ ｉ ｎ ｎｅ ｅ ｉ ｅ ｐｒ ｓ ｕｒ ｆｅ ｔ ｄ ｏ ｍ ｉ ｈａ ｔｓｒ ｓ ｅ ｌ ｓｓ ｏ ｕ ｖ ｎ ｓｄ ｅ ｓ ｅ ａ ｆ ｃ ｅ ｔ ｎｅ ｓ ｆ ｔ ｅ ｓ ｄ
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由于地层岩土体 自身 的特 性 以及 施工工 艺等方 面 的原
因，井筒所受的水 平侧压 力沿井 筒周边 并非均匀 分布 。井 壁是一种厚壁 圆筒结 构物 ，根据 弹性理 论可 知，在 均匀侧
应力 函数应满足相容方程 ｖ ＝ ０，即：
【 ÷ 。 （ ＋ 孚 ： 了＋ 孝 了１
２ Ｄ ｐｒ ｅ ｔ ｆ ｒｎｐｒ ｔ ｎＥ ｇ ｅｒ ｇ ｅ ｏ ｉ ｒＷａｅ ｏ ｓｒａｃ ｅｈ ｏｏｙＩｓｔｔ，Ｋ ｉ ｎ ，４ ５ ０ ，Ｃ ｉａ ． ｅａｔ ｎ ａｓｏ ａｏ ｎｉ ｅ ｎ ，Ｙ ｌ ｗ Ｒｖ ｔ Ｃ ｎｅｖｎｙＴ ｃｎ ｌ ｔｕｅ ａｅ ｇ ７ ０ ３ ｈｎ ） ｍ ｏＴ ｔｉ ｎ ｉ ｌ ｅ ｒ ｇ ｎｉ ｆ
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形式 ，其表达式为 ：
Ｐ ＝ Ｐ
。
（ ２ ’ ）
（） ３
力下井壁截面 内任意点 都处 于三 向或 双 向受 压状态 ，不
会 出现拉应力 ，而在 不均匀 侧压 力下 ，井壁则 会产生 拉应
不均匀侧压力 的分布 形式 ，国 内多 采用正 弦 函数 表示
摘
要 ：立井井 筒所 受的水平侧 压 力沿 井筒周边 分布 的不 均 匀性 导致 井筒 井壁 可能 出现拉 应
力 ，这对 混凝 土井壁 来说 是很 不利 的 ， 因而有 必要 求解分析 井筒的 受力状 况。论 文通 过对 井筒 的 弹性 分析 ，判 断不均 匀受压 下 井壁 的 受压 受拉 状 态，推 导 了井壁 刚好 不 出现 拉应 力 时井壁厚 度 的
ｔｎ ｉｎ ｄ ｓａｕ ｆ ｔｅ ｕ ｅ ｅ ｒ ｓｕ ｉ ｄ ｍｉｅ ｓ ａｔ ｄ ｒｖ ｄ ｔ ｅ ｃ ｌｕ ａｉ ｎ ｆｒ ｌ ｆ ｔｅ ｍｉ ｅ ｓ ａｔ ｌ ｅ ｈ ｃ ｎ ｓ ｅ ｓｏ ｅ ｔ ｔ ｓｏ ｈ ｎ ｖ ｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｎ ｈ ， ｅ ｅ ｈ ａ ｃ ｌｔ ｏ ｍｕ ａ ｏ ｈ ｎ ｈ ｆ ｉ ｒ ｔ ｉｋ ｅ ｓ ｚ ｆ ｉ ｏ ｎ
煤
炭
工
程
２０ ０ ８年第 １ １期
不 均 匀侧 压 力对 井 筒 受 力 的影 响分 析
郭 力 ，齐善 忠 ，杨 超
（ ．中国矿业 大学 岩土工程研究所 ，江苏 徐州 ２ １０ ； １ ２ ０ ８
２ ．黄河水利职业技术学院 交通工程系 ，河南 开封 ４５ ０ ） ７ ０ ３
ｔｎ ｉｎ ｔｅ ｓ ｅ ｓｏ ａ ｓｒ ｓ ，ｗｈ ｃ ｏ ｌ ｅ ｕ ｆ ｖ ｒ ｂ ｅｔ ｈ ｎ ｏ ｃ ｅｅ ｓ ａ ｔ Ｔ ｅ ｅｏ ｅ ｉ ｗ ｓ ｎ ｃ ｓ ａｙ ｔ ａ ｃ ｌｔ ｎ ｎ ｌ ｚ ｌ ｉｈ ｃ ｕ ｄ ｂ ｎ ａ ｏａ ｌ ｏｔ ｅ ｍｉ ｅｃ ｎ ｒ ｔ ｈ ｆ． ｈ ｒ ｆｒ ｔ ａ ｅ ｅ ｓ ｒ ｏｃ ｌｕ ａ ｅａ ｄ ａ ａｙ ｅ
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（ ６ １）
建设 十分重要 的一环 ，作 为立井 永久支 护的井壁 结 构—— 井筒 ，其运营工作 的状 况直接影 响到矿 山 的生产 ，因而井
筒 的受力情况是值得关注的。
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一 （ ） ｌ Ｊ 号÷ 了
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