’ылымдар геоэкологические науки


Анализ влияния различных геомеханических факторов на оптимальные параметры ус­тойчивости вертикальной скважины



жүктеу 0.85 Mb.
бет3/6
Дата07.05.2019
өлшемі0.85 Mb.
1   2   3   4   5   6

Анализ влияния различных геомеханических факторов на оптимальные параметры ус­тойчивости вертикальной скважины


Критический (безразмерный) радиус ЗНД находится из трансцендентного уравнения, получаемого из определителя шестого порядка
. (44)
Величина представляет собой наибольший радиус ЗНД, при котором скважина сохраняет устойчивость осесимметричного равновесия.

Соответствующая радиусу критическая (оптимальная) плотность бурового раствора определяется по формуле


. (45)
Величина представляет собой минимально допустимую плотность бурового раствора в вертикальной скважине, при которой стенки скважины сохраняют устойчивость осесимметричного упругопластического равновесия.

Соответствующее радиусу критическое (безразмерное) радиальное смещение контура скважины по формуле


(46)
Величина представляет собой наибольшее смещение контура вертикальной скважины, при которой стенки скважины сохраняют устойчивость осесимметричного упругопластического равновесия.

Все три величины - , , являются оптимальными параметрами пространственной осесимметричной устойчивости вертикальной скважины, проведенной в массиве через ослабленный слой.

Значения параметров устойчивости вертикальной скважины в зависимости от глубины залегания ослабленного слоя h и физико-механических характеристик породы рассматриваемого слоя - модуля упругости E и предела прочности на сжатие приведены в таблицах 1 и 2. Результаты получены по формулам (44) - (46).

При этом использованы следующие данные: радиус скважины R0 = 0,5 м; l = 2R0 , коэффициент Пуассона породы ν = 0,3; угол внутреннего трения породы φ = 300; коэффициент сцепления К = 20 т/м2; плотность горной породы γ =2,5 т/м3.

Согласно данным таблиц 1 и 2, механические характеристики пород ослабленного слоя существенно влияют на параметры устойчивости скважины. Слою с меньшими показателями модуля упругости Е соответствуют меньшие значения критического радиуса и большие значения параметров устойчивости и . Слою с меньшим пределом прочности породы на сжатие соответствуют бо΄льшие значения параметров устойчивости , и меньшие значения критического радиального смещения контура скважины . С ростом глубины залегания ослабленного слоя h параметр уменьшается, а параметры и возрастают. При этом установленный для данного случая рост параметра не является, вообще говоря, очевидным. Поведение параметра формирует ряд факторов – кроме глубины h , на него влияют механические характеристики пород, а также особенности выбранной модели упругопластического тела.
Таблица 1

Зависимость параметров , , от h и модуля упругости Е
Глубина h, м100012001500Расчетные параметры ,

г/см3 ,

см ,

г/см3 ,

см ,

г/см3 ,

см

,

т/м20,51062,051,9765,202,002,0835,631,932,6056,080,61062,151,8055,192,091,9025,612,022,3786,060,71062,231,6745,172,171,7625,582,102,2036,030,81062,301,5695,152,241,6515,542,172,0626,000,91062,371,4835,132,311,5605,502,231,9475,961,01062,431,4105,112,371,4835,462,291,8505,921,11062,481,3355,092,421,4175,422,341,7675,871,21062,531,2935,072,471,3605,372,391,6955,811,31062,581,2455,052,521,3095,332,441,6335,741,41062,631,2025,032,561,2645,292,481,5785,661,51062,671,1635,002,611,2305,252,521,5225,57


Таблица 2

Зависимость параметров , , от h и предела прочности
Глубина h, м100012001500Расчетные параметры ,

г/см3 ,

см ,

г/см3 ,

см ,

г/см3 ,

см

,

т/м235002,461,5694,932,391,8054,982,312,1535,0436002,451,4834,972,391,6745,022,311,9875,0737002,451,4105,002,381,5695,052,301,8225,1038002,441,3355,032,381,4835,082,301,7055,1239002,431,2935,052,371,4105,102,291,6215,1440002,431,2455,072,371,3355,112,291,5425,1541002,421,2055,092,361,2935,132,281,4655,1642002,411,1535,102,351,2455,142,281,4125,1743002,411,1055,112,351,2025,152,271,3595,1844002,401,0835,122,341,1635,152,271,2945,1845002,391,0415,132,331,1255,162,261,2305,19В таблице 3 представлена зависимость трех критических величин , , и от толщины lпр рассматриваемого слоя (безразмерная величина lпр приведена к радиусу скважины: lпр = l / R0 ). Эти величины просчитаны по формулам (44) - (46), полученным с помощью аппарата устойчивости в механике горных пород (ТУМГП). Безразмерное критическое смещение контура скважины также приведено к радиусу скважины: .


Таблица 3

Зависимость параметров устойчивости вертикальной скважины , и от толщины рассматриваемого слоя lпр
Толщина ослабленного слоя lпр , г/см30------12,4861,961,91322,4992,081,87332,5082,141,84742,5132,171,82952,5162,181,81862,5182,191,81272,5192,191,81182,5192,191,81092,5192,191,810102,5192,191,810112,5192,191,810122,5192,191,810132,5192,191,810142,5192,191,810152,5192,191,810
При этом использованы следующие данные: глубина залегания ослабленного слоя h = 1000 м, предел прочности на сжатие в рассматриваемом слое =3000т/м2 ; модуль упругости породы слоя Е=0,5 ‡106 т/м2 ; коэффициент Пуассона породы ν = 0,3; угол внутреннего трения породы φ = 300; приведенный коэффициент сцепления
К = 20 т/м2; плотность горной породы γ =2,5 т/м3.

Как видно из таблицы 3, зависимость параметров устойчивости скважины , и от толщины ослабленного слоя lпр является нелинейной, если величина lпр лежит в пределах lпр<5 (т.е. 0<l<5R0 ). Большему значению толщины рассматриваемого слоя lпр соответствуют последовательно большее значение критического радиуса ЗНД , большее значение критического смещения контура

скважины и меньшее значение критической плотности бурового раствора .

Расчеты показывают, что при значении l > 5R0 ( lпр > 5 ) параметры пространственной осесимметричной устойчивости вертикальной скважины практически не изменяются, приближаясь своими значениями к параметрам плоскодеформированной устойчивости скважины. Значит при l > 5R0 целесообразно исследование именно плоскодеформированной формы потери устойчивости вертикальной скважины.

Таким образом, рассматриваемая постановка задачи устойчивости вертикальной скважины целесообразна, если значение l лежит в пределах   l  5R0 или 1 > 0,2π . Если l > 5R0 или 1 < 0,2π то следует рассматривать задачу устойчивости вертикальной скважины в условиях плоской деформации. В таблице 3 область целесообразности использования рассматриваемой постановки задачи устойчивости вертикальной скважины выделена серым цветом.

Заключение

В результате проведенных исследований созданы методы расчета НДС и устойчивости вертикальной скважины в массиве, содержащем ослабленный слой.

1) Решена осесимметричная упругопластическая задача о НДС вокруг вертикальной скважины в условиях плоского деформированного состояния. Решение этой задачи соответствует основному состоянию вертикальной скважины (до потери устойчивости равновесия ствола). В этом случае в ЗНД реализуется состояние неполной пластичности (1  2  3 ). В качестве условия прочности использовано условие Кулона-Мора, учитывающее необратимые объемные деформации.

2) Решена пространственная осесимметричная упругопластичес­кая задача об устойчивости верти­кальной скважины в интервале с пониженными физико-механичес­кими характеристиками пород при­ствольной зоны. В задаче использованы положения теории устойчивости в механике горных пород, разработанной М.Т.Алимжановым /1/. Решение задачи соответствует возмущенному состоянию вертикальной скважины (при потере устойчивости равновесия скважины). В этом случае в ЗНД вокруг ствола реализуется состояние полной пластичности (1 = 2  3). В качестве условия прочности использовано условие Кулона-Мора. Определены параметры устойчивости вертикальной скважины: критический (безразмерный) радиус ЗНД , критическая плотность бурового раствора и критическое смещение контура ствола . Дана оценка влияния различных геомеханических факторов на оптимальные параметры устойчивости вертикальной скважины.

3) Показатель выпучивания n , отвечающий за форму потери устойчивости вертикальной скважины в рассматриваемом слое, зависит от двух параметров – параметра волнообразования n и толщины ослабленного слоя l : n = n(l,n).
Значение 1 соответствует наиболее вероятной форме выпучивания скважины в виде синусоиды с одной полуволной. Параметр l также влияет на форму выпучивания скважины: большему параметру l соответствует меньший показатель выпучивания 1. Установлено, что рассматриваемая пространственная осесимметричная постановка задачи устойчивости вертикальной скважины целесообразна, если значение l лежит в пределах   l  5R0 (R0– радиус скважины) или 1 > 0,2π . Если l > 5R0 или 1 < 0,2π , то следует рассматривать задачу устойчивости вертикальной скважины в условиях плоской деформации.

Разработанные методы расчета НДС и устойчивости вертикальных скважин найдут применение на конкретных нефтегазовых месторождениях Западного Казахстана, разрабатываемых в сложных горно-геологическим условиях (в массивах горных пород, содержащих ослабленные слои). Именно в пределах ослабленного слоя возможны различные осложнения при возведении скважины – затяжки, прихваты бурового оборудования, смятие обсадных колонн, проработки. Все эти осложнения являются следствием осесимметричной потери устойчивости стенок вертикальной скважины. Знание оптимальных параметров осесимметричной устойчивости вертикальной скважины - , , , позволяет избежать подобных осложнений. Ранее подобные параметры определялись исходя из расчета осесимметричной устойчивости всего ствола вертикальной скважины. Расчет параметров устойчивости скважины в пределах ослабленного слоя, залегающего на определенной глубине h, дает более точные результаты. Кроме того, в задаче определения пространственной осесимметричной устойчивости вертикальной скважины использовано условие прочности Кулона-Мора, учитывающее необратимые деформации объема и сдвига породы. До настоящего времени при исследовании пространственной осесимметричной устойчивости скважин использовались традиционные условия прочности Мизеса и Треска-Сен-Венана, учитывающие только необратимые деформации сдвига.



Литература


  1. M.T. Alimzhanov. Methods of continuum nonlinear mechanics in problems of rock pressure control at drilling deep Holes Advances in Mechanics, 1992, vol.15., №3-4. P.41-69.

  2. М.Т.Алимжанов. Устойчивость равновесия тел и задачи механики горных пород // Алма-Ата: Наука, 1982. –272 с.

  3. М.Т.Алимжанов. Проблема устойчивости равновесия в задачах геомеханики // Успехи механики, международный журнал, Варшава, 1990, Т.13, №3/4. С.21-57.

  4. С. А. Христианович, Е.И. Шемякин. К теории идеальной пластичности. // Известия РАН. Механика твердого тела (МТТ). №4, 1967. С.86-97.

  5. А.М. Алимжанов. Неосесимметричное упругопластическое состояние вокруг скважины при разупрочняющемдействии бурового раствора // Материалы межд. конф. «Геодинамика и напряженное состояние земных недр». Новосибирск – Академгородок, 4-7 октября 1999. С.184-189.

  6. С. Булычев. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1982, 270с.

  7. А.М. Алимжанов, Ж.М. Наменгенова, Б.О.Халмуратов, А. Шебли. Расчет параметров штанговой крепи для вертикальных стволов шахт // Материалы межд. конф. «Геодинамика и напряженное состояние земных недр». Новосибирск – Академгородок, 4-7 октября 1999. с.32-40.



  1. Каталог: rus -> all.doc -> Vest06 -> 4 2006
    4 2006 -> Ќазаќ тілініњ мемлекеттік мєртебе алуына орай ќайта т‰леп, ќазіргі заманѓы ѓылым мен техниканыњ, єлеуметтік µмір мен ќоѓамды
    4 2006 -> ФилологичеñÊÈÅ ÍÀÓÊÈ
    4 2006 -> Экология мәселелерін компьютерлік модельдеу
    4 2006 -> Әож 882. 894. 342(943. 42) КӨлбай төгісовтың Әдеби мұрасы тармпи магистранты Шағатаева Ә. Ж
    4 2006 -> Синтаксистік тұтастық ҚҰбылысының мағыналық жалғастығЫ
    4 2006 -> Экологиялыќ информатиканы оќытудыњ єдістемелік ж‰йесі
    4 2006 -> Мелиорация, рекультивация и охрана земель


    Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет