在我國西部以鄂爾多斯盆地為代表的煤油氣共生盆地,淺部煤層與深部油氣層在垂向空間上疊置分布。煤層長壁工作面采動影響下的油氣井變形破壞問題嚴(yán)重制約著煤礦和油氣企業(yè)的安全高效生產(chǎn),同時給煤炭、油氣行業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。國內(nèi)外對于該課題的研究目前尚處于初步階段,特別是針對采動區(qū)油氣井井身組合體細(xì)觀采動損害裂隙演化特征及變形動態(tài)演化特征的研究相對較少。本文以某礦匹茲堡煤層與深部馬塞勒斯頁巖氣的協(xié)調(diào)開采為工程背景,通過文獻調(diào)研、數(shù)值模擬、理論分析和對比研究等方法,對采動區(qū)油氣井井身組合體細(xì)觀采動損害特征展開研究,主要工作及成果如下:（1）通過二維離散元數(shù)值模擬對工作面推進期間油氣井水泥環(huán)-套管組合體各構(gòu)件的動態(tài)響應(yīng)特征進行研究,得到了井身組合體各構(gòu)件間的應(yīng)力及變形傳遞規(guī)律,各構(gòu)件間離層裂隙可以成為應(yīng)力變形傳遞的隔離帶;通過對采動影響下井身組合體內(nèi)部裂隙發(fā)育擴展及破壞模式演化特征的統(tǒng)計分析,得到了組合體內(nèi)部裂隙沿軸向的分布規(guī)律以及隨兩側(cè)工作面推進的動態(tài)演化特征。（2）通過三維有限元數(shù)值模擬建立了長壁工作面采動影響下油氣井變形破壞特征的三維地質(zhì)模型,分析了井身組合體在工作面推進過程中剪切應(yīng)力和水平位... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

世界范圍內(nèi)各類一次能源消費及消費比例的統(tǒng)計及預(yù)測[9]

工作面瓦斯爆炸，以及原油、壓裂液等流體泄漏造成土壤、地表和地下水污染，甚至是像美國墨西哥灣的深水地平線事故一樣造成人員傷亡等重大損失[27,35,54-56]。煤層采動區(qū)油氣井井筒的失穩(wěn)、破壞不僅使氣井生產(chǎn)被迫中斷，造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，同時還會對工作面生產(chǎn)安全產(chǎn)生巨大威脅。而這一問題又與煤層開采區(qū)內(nèi)瓦斯地面抽采井的變形破壞問題研究具有一定的相似性，在研究思路上可以為本文提供一定的借鑒和參考[57-61]。1-導(dǎo)管2-含水層套管3-煤層保護套管4-中間套管5-生產(chǎn)套管6-水泥環(huán)σH-最大水平主應(yīng)力σh-最小水平主應(yīng)力圖1-2油氣井“套管-水泥環(huán)-圍巖組合體”示意圖[10]Figure1-2Schematicdiagramof"casing-cement-rockcombination"inoilandgaswells油氣井井身是由各級套管、各級水泥環(huán)和圍巖構(gòu)成的組合系統(tǒng)。井身系統(tǒng)各構(gòu)件間存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系[62-64]。在前人對氣井井身組合體的完整性的研究中，油氣井組合體構(gòu)件間破斷的先后順序、套管的層數(shù)和破壞形式、水泥環(huán)的強度和厚度等關(guān)鍵因素發(fā)揮重要的作用。當(dāng)探討油氣井井身組合結(jié)構(gòu)破壞特征時，井身組合系統(tǒng)各構(gòu)件必須被考慮[65-68]。而在實際工程實踐中，長壁開采區(qū)內(nèi)油氣井井身組合體的受力變形以及破壞出現(xiàn)的層位等重要特征，會因為實際地質(zhì)條件和煤層采動的影響而發(fā)生變化。對于煤礦區(qū)油氣井井身組合體采動損害特征的研究，有助于得到采動區(qū)油氣井受力變形的一般規(guī)律，有利于實現(xiàn)采動影響下油氣井井身組合體的完整性保障。同時，關(guān)于采動區(qū)內(nèi)井身組合體的裂隙演化特

1緒論91.3.2研究方法與技術(shù)路線（1）在阿巴拉契亞盆地實際地質(zhì)及開采技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，采用UDCE的離散單元數(shù)值模擬方法，通過FISH語言統(tǒng)計在煤層開挖條件下井身組合體鄰近巖層受采動影響產(chǎn)生的裂隙數(shù)目、破壞形式及其發(fā)育演化規(guī)律。結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果與前人研究得到的在此地區(qū)油氣井在采動影響下剪切應(yīng)力、組合體內(nèi)部離層沿井身軸向的分布規(guī)律，分析推斷井筒極有可能發(fā)生破裂、損毀的區(qū)域。并在此區(qū)域井筒附近區(qū)域巖層采動后裂隙細(xì)觀發(fā)育演化規(guī)律及破壞模式特征進一步詳細(xì)分析，作為后續(xù)油氣井穩(wěn)定性保障技術(shù)建議提出的基矗（2）采用相同地質(zhì)條件及力學(xué)參數(shù)，通過FLAC3D三維數(shù)值模擬軟件，在模型中對油氣井井身進行實體劃分，模擬研究采動影響下油氣井井身組合體應(yīng)力、位移沿井身軸向分布變化特征，分析得出油氣井組合體受力變形的動態(tài)演變規(guī)律，對井筒在工作面采動影響下的受力變形范圍進行合理預(yù)測，為井身組合體材料選取等建議提供理論支撐。（3）基于前述研究得出的采動區(qū)油氣井細(xì)觀失穩(wěn)機理以及井身組合體受力變形的動態(tài)演變規(guī)律，通過與前人的相關(guān)研究及氣井失效的工程案例記錄進行詳細(xì)的對比分析，印證本研究的合理性，并對類似地質(zhì)條件下的氣井變形破壞特征進行預(yù)測。根據(jù)本研究結(jié)果并借鑒其他相關(guān)研究成果，對應(yīng)提出保障油氣井穩(wěn)定性及工作面安全開采的相關(guān)技術(shù)措施。圖1-3本研究技術(shù)路線圖Figure1-3Technicalroadmapforthisstudy

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]殘留煤柱影響下下伏近距離煤層開采覆巖運動規(guī)律研究[D]. 武越超.中國礦業(yè)大學(xué) 2017



本文編號：3473507