摘要： 钻井法凿井具有本质安全、机械化程度高和成井质量好等优点,是我国深立井施工自动化、智能化的发展方向。开展钻井井壁、充填层和含水弱胶结围岩共同作用机理研究,为钻井法凿井在西部深厚含水弱胶结岩层中应用提供基础。首先,针对钻井井壁在正常使用阶段的工作条件,构建含水弱胶结围岩-充填层-钻井井壁流固耦合作用模型,基于厚壁圆筒理论、广义有效应力原理和达西渗流理论推导渗流场、应力场解析解;然后,以即将建设的陶忽图煤矿北风井为工程背景,得到该井筒周围渗流场及应力场分布规律,并通过数值计算方法对解析解进行验证。在此基础上,研究充填层的作用机理,分析充填层对井壁长期外荷载的影响。结果表明:径向有效应力分布曲线与孔隙水压力分布曲线的变化规律相似,越靠近井筒中心,孔隙水压力及径向有效应力越小;环向应力总体表现为越靠近井筒中心越大,最大值出现在井筒内侧。降低充填层的渗透率和增加充填层的厚度,提高了充填层分配有效应力和孔隙水压力的能力,传递到井壁的有效应力和孔隙水压力均降低;增大弹性模量,提高了充填层分配有效应力的能力,传递到井壁的有效应力降低。在西部地区钻井法凿井中,不应采用碎石充填,应研制高性能水泥砂浆充填材料;在钻进过程中,应控制偏斜率,提高充填层有效厚度。研究结果揭示了西部含水弱胶结岩层钻井井壁在使用阶段的受力机理,为钻井井壁长期受力分析提供了基础。

关键词: 含水弱胶结围岩, 钻井井壁, 充填层, 流固耦合, 作用机理

中图分类号: 

• TD 262