《開採擾動下瓦斯抽采鑽井失效機制與防護技術基礎》是依託中國礦業大學，由劉應科擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：開採擾動下瓦斯抽采鑽井失效機制與防護技術基礎
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉應科
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國煤層滲透率普遍較低，瓦斯預抽效果較差。而開採擾動作用下，煤層滲透率大幅度提高，利用地面鑽井則可高效率地抽采卸壓瓦斯。但是，煤層開採過程中上覆岩層運動劇烈，對鑽井井身產生顯著的剪下、擠壓和拉伸等破壞作用，甚至造成鑽井破斷。鑽井易破斷失效已成為制約該項技術推廣套用的關鍵難題之一。近5年來，申請者系統掌握了37口破斷鑽井樣本，並在井身破斷防護技術方面開展了大量工程實踐研究。在前期工作基礎上，本項目對岩層運動強烈程度進行定量表征，研究岩層衝擊性運動對運動強烈程度的影響規律，揭示含軟弱夾層岩層的相對運動對鑽井受力和變形的影響機制，建立雙層組合套管的力學模型並研究開採擾動作用下應力傳導特性，同時以潞安集團余吾煤業公司為試驗基地研究高強度開採條件下鑽井井身穩定特性，形成井身失效防護技術。研究成果可為我國高瓦斯礦區推廣套用鑽井抽采卸壓瓦斯技術提供科學指導。
結題摘要
卸壓瓦斯抽采鑽井套管破斷是制約地面抽採煤礦區瓦斯的關鍵難題之一。采場上覆岩層的非同步運動，是造成鑽井套管發生變形與破斷的根本原因。本項目採用實驗、理論分析、數值計算和工業性試驗相結合的方法，對鑽井套管的形變特徵與失效機制開展了系統研究。首先，建立了采動作用下套管的剪下力學模型，實驗研究了單層套管和雙層套管的剪下變形行為和力學特性，揭示了填充材料幾何與力學參數對應力傳遞的影響規律；其次，分析了鑽井套管三種典型變形（拉伸變形、擠壓變形和剪下變形）的特徵參數，研究了氣體在典型變形套管內的流場特性，揭示了剪下變形套管局部阻力係數遠大於拉伸變形套管和擠壓變形套管的機理；並以山西潞安集團余吾煤業公司為基地，考察了套管變形特徵及對瓦斯抽采的影響；進而，建立了含軟弱夾層岩層區域層間剪應力的力學模型，研究了層間剪應力與岩層彈性模量的關係，並通過數值計算研究了上覆岩層含有軟弱夾層對岩層相對運動和鑽井套管受力的影響特性，揭示了含軟弱夾層岩層對鑽井受力與破斷的作用機制；最後，提出了采場上覆岩層運動烈度的概念，研究了工作面回採過程中上覆岩層運動烈度沿埋深和採空區的區域分布特徵，並分析了煤層開採厚度對岩層運動烈度的影響關係。本項目揭示了鑽井套管的破斷機制，釐清了套管變形與破斷的主要形式和關鍵區域，為形成井身失效防護技術、提升鑽井井身穩定性奠定了基礎。項目資助發表論文5篇，申請發明專利4項；項目成果獲國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步一等獎1項，二等獎2項；培養碩士生4名，其中2名已畢業，2名在讀。項目投入經費25萬元，支出22.2549萬元，各項支出基本與預算相符。剩餘經費2.7451萬元，計畫用於本項目研究後續支出。
