大口径瓦斯抽排井注浆固管过程套管稳定性分析

为了研究大口径瓦斯抽排钻井注浆固管过程中套管的稳定性,应用伯努利方程分析了注浆固管过程中浆液的动压力的变化规律。分析认为：注浆固管期间,若注浆管内过流面积小于套管与孔壁之间的过流面积,随着泵量的增加,导致套管外流体压力增加;当套管外与套管内压力差大于套管抗外挤强度时,套管发生失稳（瘪管）。结合工程实例,对套管失稳机理进行分析,提出了在固管过程中要控制泵量的建议。     

高瓦斯涌水超厚煤系复杂地层的钻进施工

在瓦斯含量极高的煤层（厚）和不同地层段涌水的超厚水敏性地层中钻进施工,合理设计钻孔结构、选择设备、钻进方法、钻进参数和正确操作,是顺利完成钻进施工的前提,正确使用泥浆是孔内事故预防措施的关键。正确使用“高密度”水基成膜泥浆,既能保持孔内液柱与孔壁之间的压力平衡,也能降失水抑制水敏性地层水化膨胀和分散脱落,从而达到防止孔壁坍塌,起到稳定孔壁的作用。介绍了这些技术措施在贵州扬寨煤矿高瓦斯涌水超厚煤系复杂地层中的应用及效果。     

套管护孔问题初探

对套管柱的受力及强度的计算与分析,得出设计、校核套管强度不仅要考虑抗拉、抗挤、抗崩,同时还应重视孔壁完整及高速回转钻杆等附加外载对套管强度的影响,并提出了具体护管措施.     

水泥环弹性模量和厚度对套管外挤载荷影响的理论研究

针对水泥环弹性模量变化对套管强度是否有帮助的讨论,采用弹性力学分析方法研究了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤荷载的影响规律。研究认为,在岩性较软的地层,应选用刚度较大的水泥环,可帮助套管抵卸一部分载荷;在地层岩性较硬时,选用刚度小的水泥环有助于提高套管抵抗外挤载荷能力。理想的水泥环特性应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷、低刚度降低载荷传递系数,从而达到保护套管目的;单纯增加水泥环的厚度不一定能够改善套管的受力情况,只有当水泥环弹性模量大于一定值后,加大其厚度可改善套管的受力状况。因此,在实际现场中,应根据具体的地层情况,调整水泥浆特性,达到最好的固井效果。     

煤矿瓦斯抽排立眼套管安设及水泥固井工艺探讨

在煤矿瓦斯抽排立眼施工的过程中,套管安设及水泥固井是两个关键性的工序,如果出现失误,便可能产生严重的工程事故,甚至可能使整个工程报废。本文通过对坪上煤矿瓦斯抽排立眼工程的套管安设及水泥固井工序的施工,吸取了一些套管安设的事故教训,总结了一些套管安设、水泥固井的经验,有望对今后类似工程的安全施工提供帮助。     

基于渗透失稳机理的煤与瓦斯突出过程和控突措施作用机制分析

基于流固耦合理论,提出煤与瓦斯突出属渗透失稳的观点,把临界失稳梯度作为煤体的抗失稳强度指标。通过对突出过程中瓦斯压力梯度变化规律的分析认为：把瓦斯压力梯度达到临界失稳梯度的降压区的煤体视为一个“失稳分层”,突出是煤体以“失稳分层”的形式向前推进的过程,而每个“分层”的失稳表现为“整体性”失稳：延期突出是煤层瓦斯压力梯度逐渐增加并最终达到临界失稳梯度的结果;突出形成的”口小腹大”的孔洞形状．是突出发生过程中流场形态发生变化所致。并将控突措施的作用机理分为4类：降低煤层瓦斯压力、增大巷道气压背景值、延长降压区宽度和提高煤体临界失稳梯度。     

深孔岩心钻探问题探讨

深孔岩心钻探的核心问题是孔壁稳定,其钻前预测涉及地层孔隙压力、地层应力、地层坍塌压力和破裂压力,是实现深孔岩心钻探优质、安全、高效和低成本的关键,决定着孔身结构、套管程序与套管强度、钻井液密度与流变性能的设计。以孔壁稳定为基础,从孔身结构和套管程序、钻具组合、钻探设备方面论述深孔岩心钻探存在的问题,并提出具体的改进建议。     

钢板式浮塞下管工艺在煤矿大口径工程井中的应用

针对煤矿大口径工程井采用常规水泥浮塞下管技术存在的施工工序多、钻井液易污染、水泥块沉渣多和易残留等工艺缺陷,以霍州某煤矿大口径瓦斯抽采钻孔工程实践为例,开展钢板式浮塞下管技术研究。介绍了该技术的工艺原理,对瓦斯孔工作套管发生弹性失稳变形和材料屈服破坏的临界强度进行校核计算,开展了钢板浮塞的结构和装配方案设计,并对其强度进行验算。采用本工艺完成直径836 mm,重150 t瓦斯抽采管路的下放作业。经实践验证,该技术可减少下管固井期间起下钻工作量,缩短作业时间,成井后套管内无水泥块残留,且工艺制作过程简单、操作方便,可为今后类似工程施工提供经验和借鉴。     

MTA固井技术在煤层气井中应用的实验研究

MTA固井技术在油气田中的运用已经取得了显著效果,能够提高二界面的抗剪切强度以及抵抗地层水对二界面的冲蚀。通过室内实验,对MTA固井技术在煤层气井中的运用进行探索。实验结果表明,MTA技术在煤层气井的固井模拟实验中,也能够有效的提高二界面的抗剪切强度,实现二界面的整体固化胶结,抵抗地层水对煤层气二界面的冲蚀,这些特点对于提高煤层气井的产能具有重要意义。作为一种施工简捷、效果显著的固井技术,MTA固井方法在煤层气井中的应用前景是极为广阔的。     

煤矿瓦斯抽排井套管强度校核计算方法探讨

近年来在煤矿安全生产中瓦斯抽排井得到越来越广泛的应用。这类井施工周期长、难度大、要求高,再加上套管直径大、总质量大、施工和套管的成本费用也很高,据所掌握的工程资料,国内已有数口井在施工过程的不同环节发生了不同形式的套管挤毁事故,造成整井报废,损失惨重。以某瓦斯抽排井下套管过程中工作套管发生严重挤毁事故为例,对其受力情况进行了深入分析,并在此基础上对大直径套管三轴应力强度校核计算方法作了详细论述。通过与传统单轴应力强度计算方法进行对比分析认为,套管三轴应力强度计算结果更准确科学,采用三轴应力强度计算方法指导前期套管设计,工程质量更加安全可靠,值得推广应用。     

微生物-CMC无固相钻井液固壁作用与机理初探

松散破碎性地层孔壁失稳一直是困扰钻探工程界的难题之一,增强该类地层的胶结性,提高其力学性能是有效解决孔壁失稳的技术关键。本文将微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术与CMC无固相钻井液相结合,构建微生物-CMC无固相钻井液体系。通过岩心浸泡实验、X射线衍射实验（XRD）以及扫描电镜分析两种微观分析手段对微生物-CMC无固相钻井液的固壁作用与机理进行了初探。结果表明：微生物-CMC无固相钻井液对松散破碎性地层具有较明显的加固作用,且作用时间越长,初始菌种浓度越高,钙源浓度越大,固壁效果越好。在固壁过程中,微生物随钻井液渗透进入试样内部,在松散颗粒之间诱导生成碳酸钙晶体,填充孔隙空间,将松散颗粒胶结成整体,并具有一定的力学强度,从而达到加固孔壁的目的。本研究结果为解决松散破碎性地层孔壁失稳提供了新的钻井液技术方案。     

大口径工程井套管事故及预防技术措施

近几年国内施工大口径煤矿瓦斯排放井、输冰降温井、注氮井、送料井等特殊用途工程井时,常发生套管下不到位、套管折断跑管、固井时将钻杆固在井内、套管挤毁报废等事故,给施工单位造成巨大的经济损失。结合近年来的施工经验对大口径工程井常见事故进行研究,分析了事故的成因,提出了采取的预防措施。     

分步替水灌浆法在科学钻探西藏钻孔坍塌 地层中的应用

地层压力异常是指岩石孔隙流体的压力异常,存在异常压力的井段容易井塌.西藏罗布莎科学钻探孔处于雅江缝合带,异常压力层段多,地层复杂,深孔钻进过程中经常出现垮孔、钻孔失稳现象.采用常规孔内灌浆进行护壁封孔,成功率极低,主要表现为封孔水泥浆由于异常压力原因产生回顶现象而偏离目标孔段,造成灌浆失败.分步替水灌浆法则利用了孔内异常压力流体的平衡原理,把替水量分两步压入注浆管,防止了水泥浆液偏离目标孔段,灌浆效果好,有效解决了异常压力地层中的固孔护壁问题.论文研究总结了分步替水灌浆法的原理和工艺方法,并结合实际工程详细剖析了灌浆压力异常的原因、分步替水控制过程,提供了一种异常压力地层灌浆新的技术方法.     

套管钻进技术在煤矿复杂地层中的应用探讨

我国的地质条件和煤层特征差异大,复杂地层中构造煤发育,瓦斯含量高,地应力大,煤层破碎松软,易发生塑性流变。采用套管钻进技术替代传统的常规钻杆进行钻孔瓦斯抽采,可提高工作效率,防止卡钻、塌孔等事故的发生,提高瓦斯抽采的效率,并可以不起钻取出钻头等孔底钻具组合下筛管,解决在井下复杂地层中钻孔瓦斯抽采的难题。介绍了套管强度及孔底组合钻具结构,探讨了套管钻进技术在煤矿复杂地层中的应用前景。     

地层承压能力固井前动态测试方法

固井前获得地层的实际承压能力,对固井设计和安全都有着重要的意义。在一些上层套管下深较浅的井中,受上层套管鞋处地层破裂压力或上层套管抗内压强度限制,常规的地层承压能力测试无法满足固井要求,针对该问题,文中提出一种地层承压能力动态测试方法,同时进行了现场应用。该方法是在下套管循环后分挡逐渐增加排量,并同时记录与之对应的泵压、钻井液性能及漏失情况,然后利用流变学的原理计算出关键地层深度的承压能力。研究认为这种动态承压测试方法对于低压易漏井行之有效,实用性强,能够满足固井现场对承压能力测试的要求,获得的地层承压能力值为固井设计和安全提供了基础和保障。     

煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体孔隙变形与透气性演化的耦合作用方程,建立了考虑煤层吸附、解吸作用的含瓦斯煤岩固-气耦合作用模型。应用该模型模拟研究了不同压力影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,其结果对于深入理解瓦斯抽放作用机制并采取相应的瓦斯预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义。     

长庆油田小套管二次固井工艺技术研究与应用

针对长庆油田?139.7 mm生产套管中下?88.9 mm小套管二次固井环空间隙小、固井施工压力高,水泥环薄、密封完整性难以满足后期措施需求,固井前井筒界面环境差、二界面水泥胶结不佳等技术难点,通过技术创新及改进,研制出适用于小套管二次固井的低摩阻耐压防漏水泥浆体系、热固性树脂水泥浆体系,结合自主研发的界面增强型冲洗液和固井压塞液体系,形成一套长庆油田小套管固井工作液体系。优选性能可靠的固井配套工具,优化小套管固井管串结构,按照平衡压力固井原理,采用一次上返固井工艺,总结出了一套小套管二次固井工艺技术。现场应用10口井,固井质量优良率95%,增产效果显著,为长庆油田老井增潜挖效及套损井治理提供了有力的技术支撑。     

大黄山一号井地质构造特征及其对煤层瓦斯赋存的影响

为了分析地质构造及其演化对新疆大黄山一号井煤层瓦斯赋存的影响,对井田地质构造及演化特征、含煤地层埋藏-抬升史、煤层变质作用、瓦斯生成与赋存特征等开展研究,为大黄山一号井瓦斯灾害防治提供理论指导。研究表明：井田地处博格达山北缘逆冲推覆构造带之山前弧形逆冲断褶带,受高角度叠瓦状逆冲断层及南北向构造挤压应力控制,井田主体构造表现为一南北翼被NE、NW向共轭走滑平移断层切割的轴面南倾的弧形紧闭倒转向斜。井田含煤地层沉积后主要经历了两个阶段：第Ⅰ阶段为快速沉降,并于晚侏罗世至最大埋深4 000m左右,煤层达到气煤变质阶段,煤层瓦斯大量生成;第Ⅱ阶段为持续挤压抬升形变,煤层瓦斯大量逸散。受切向应变主动褶皱作用控制,井田向斜南北两翼向核部,煤层所受挤压应力越来越大,导致煤层孔隙率、透气性系数愈来愈小,煤层瓦斯含量及瓦斯压力愈来愈高。受东西差异性挤压弧形构造背景控制,北翼西部煤层瓦斯含量及瓦斯压力普遍高于东部,且表现出由西向东逐步降低的趋势。受走滑斜移断层控制,断层附近煤层瓦斯含量及瓦斯压力出现局部高值。     

套管及环形水泥对自然伽马测井曲线的影响

自然伽马测井是通过测量地层的自然伽马值,从而划分岩性,进行地层对比.自然伽马测井的优点是可以在裸眼井、套管井和高矿化度钻井液以及干孔中进行测量.在已下入套管的井内进行自然伽马测井时,影响地层自然伽马测井曲线的主要因素有套管、环形水泥等.通过套管段及套管加环形水泥段分别与裸眼段自然伽马测井曲线进行对比分析,发现套管对地层放射性的影响比较均匀,与裸眼段相比幅值降低36％左右,不影响地层放射性曲线的整体形态;套管加上环形水泥后,由于受到第四纪地层的稳定性、分选性以及固井质量等因素的影响,难以确定裸眼自然伽马测井曲线的整体形态,因此能否利用下套管井测量的自然伽马测井数据恢复地层信息,要综合考虑地层情况、井径变化、固井质量等要素.     

地应力和瓦斯压力作用下深部煤与瓦斯突出试验

基于目前煤与瓦斯突出模拟试验均为人为控制突出口打开的实际情况,自主研制了可改变轴压、围压和孔隙压,实现突出口自行打开的煤与瓦斯突出模拟仪。以典型高瓦斯矿井-阜新孙家湾矿为例,试验模拟了煤层开采深度分别为900、 1 100、1 300 m时,突出煤层临近工作面区域在地应力和瓦斯压力共同作用下诱导发生煤与瓦斯突出全过程。试验利用轴压、围压模拟地应力作用,孔隙压模拟瓦斯压力作用。经相似理论计算确定了3种开采深度下轴压和围压值、孔隙压逐级增加得到了突出时瓦斯压力,并拟合了关系曲线。研究结果表明：开采深度、轴压、围压、瓦斯压力与突出距离、突出强度间均呈幂指数增加规律。随深度增加,地应力与瓦斯压力对突出影响增量逐渐减小。瓦斯压力对突出影响作用存在3阶段特征,分别为急剧影响增加阶段、稳定影响增加阶段和缓慢影响增加阶段,确定了瓦斯压力对突出影响变化率最大值,即瓦斯压力变化异常区与稳定区分界点为0.75 MPa,对应开采深度为350 m,与前人理论分析结果基本吻合。由此可以推断,随深部开采,地应力与瓦斯压力共同作用下煤与瓦斯突出频度将增加,但强度和破坏程度增加率将趋于平缓。所得结论对该矿深部煤与瓦斯突出机制认识和预测防治具有参考意义。