地面井用可调节套管接头的设计与研究

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煤层气的主要成分是甲烷,温室效应比二氧化碳大20倍以上,对地球臭氧层的破坏力是二氧化碳的7倍。煤矿瓦斯严重制了煤矿安全、高效、低耗、集约化生产;对煤矿安全生产带来极大威胁。一起起因煤矿瓦斯引起的安全事故,对从事煤矿安全生产的专家提出了新的挑战和技术课题。为了有效的治理煤矿瓦斯,淮南矿业集团申请了地面钻井抽采采动区、采空区卸压瓦斯方法。淮南煤田埋深在2000m以上,共有保有和预测煤炭储量为50100Mt。面对丰富而巨大的煤炭和煤层气资源,实现了煤与瓦斯资源高效共采。充分发挥淮南的资源、区位和市场优势,变资源优势为经济优势,变废为宝,变害为利,减少资源浪费和环境污染。地面井开采煤层气的使用把突出高瓦斯煤层,转化为非突出、低瓦斯煤层开采,并实现了综采放顶煤技术。由于瓦斯等到预先治理,长期制约生产的“以风定产”、“四位一体”综合防突措施得到解决。但在大采高、块推进、巨厚流沙层厚度、采空区巨厚坚硬砂岩顶板的条件下,钻井筛管有时被错断,造成地面钻井突然停气,为了解决这一技术难题,淮南矿业集团委托安徽理工大学设计一种可调节的套管接头。可调节套管接头的研究就是为避免上述现有技术所存在的不足之处,为在地面钻井孔内抽采瓦斯的刚性套管提供一种可以进行角度调节,并可进行轴向伸缩的可调节套管接头,使原有的刚性套管形成具有转角、伸缩的功能,以适应地表的变形,减小套管的弯曲应力,防止套管断裂。本课题在研究过程中首先对原有的套管进行剪切强度,剪切弯曲强度,弯曲强度及弯曲变形的计算,并对钻井筛管在井下的受力进行分析,应用采空区岩移规律建立力学模型。在选材和设计时以不低于原有套管强度为准则,采用等强度设计,通过受力分析及上覆岩层移动规律对钻井筛管结构进行优化设计。然后对设计的钻井筛管接头进行有限元分析。制作试件并进行了现场使用,根据使用情况做总结。
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