CN110610041B - 一种井筒失稳破坏的极限应变判别方法 - Google Patents
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Abstract
一种井筒失稳破坏的极限应变判别方法，包括以下步骤：(1)建立仿真计算模型，计算岩体的塑性极限应变；(2)建立精细化的三维地质模型，重现地质环境；(3)监测井筒的应变信息；(4)给出井筒在多因素影响下的合理计算模型；(5)给定模型初始水头降高度，取定初始折减系数K，对井壁c、φ进行折减，将其反带入计算模型看是否出现大于极限应变区域；(6)对井壁内超过极限应变的单元进行强度折减；(7)记录折减系数即为当前水位降井壁安全系数。本发明的井筒失稳破坏的极限应变判别方法为矿山技术人员评估井筒稳定性提供理论依据。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气钻井、地质勘探以及矿山钻探等行业领域，涉及一种井筒稳定性的破坏判别方法，具体的，涉及一种适用于矿山竖井的井筒失稳破坏的极限应变判别方法。
背景技术
竖井井筒发生的破坏不仅有拉压破坏，还有剪切破坏，且破坏形式多样化，最大特征表现为井壁混凝土的环向断裂，即在圆形的混凝土井壁内侧形成一道横向的断裂带，在断裂带内混凝土成片掉落，并且可以看到掉落处的钢筋向井壁内侧弯曲，这充分表明高应力破裂区的混凝土由于无法承受过大的压应力与剪应力而导致其发生塑性极限破坏。
在传统的探讨研究中有利用井壁应变的临界值作为井筒失稳破坏的判据，但是常规的认识以及判据多是通过混凝土井壁在弹性阶段的破坏准则来进行推导得出。通过二十年的矿井井壁监测***连续监测信息发现，井壁部分监测点的应变值已经远远超出基于弹性阶段的推导值。因此，虽然矿山现场井筒没有发生破坏，但根本没有办法确定井筒到底处于稳定过程的哪个阶段，是否需要采用合理的措施进行治理。
在此环境下，亟需一种井筒工程的失稳破坏判别方法，对井筒稳定性进行评估，消除实际监测应变值与理论值不相符的凸出问题，为矿山现场工作人员提供理论与实用判断依据。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了提供一种井筒失稳破坏的极限应变判别方法，其为矿山技术人员评估井筒稳定性提供理论依据。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种井筒失稳破坏的极限应变判别方法，包括以下步骤：
(1)建立井壁混凝土、不同围岩岩土材料的仿真计算模型，利用超载法分别计算不同岩体材料的塑性极限应变；
(2)结合井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料，建立精细化的三维地质模型，尽可能真实重现井筒及附近矿区的地质环境；
(3)结合井筒监测***不同监测点的布设位置，在反分析模型相同位置布置同样的监测点，监测井筒的应变信息；
(4)通过对比井筒稳定性影响因素的影响权重，建立影响因素诱发井筒失稳的最优组合，进而反分析给出井筒在多因素影响下的合理计算模型；
(5)给定模型初始水头降高度，取定初始折减系数K，对井壁c、φ进行折减，将其反带入计算模型看是否出现大于极限应变区域；若计算结果显示并无大于该值的单元，则继续增大折减系数直至井壁出现超过该应变极限值单元；
(6)调取上一步计算文件作为初始计算文件，并对井壁内超过极限应变的单元进行强度折减，计算完成后，观测并记录井壁是否出现新的极限应变的区域，将此次计算作为下一次计算的初始文件并对新的出现极限应变的单元再次折减，每次折减步长取0.01；
(7)随着井壁上超过极限应变的单元不断增多，最终会在井壁单元形成塑性贯通区域，此时计算终止，记录此时的折减系数即为当前水位降井壁安全系数。
优选的，在步骤(4)中所述影响权重包括水位、温度；在步骤(5)中c为粘聚力，φ为内摩擦角。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤(3)中，监测井筒的应变信息包括在矿井筒的内壁上沿轴向方向间隔开设有多圈环形卸压槽，所述矿井筒监测方法包括：在井筒设置的监测点内安装形状与井筒筒壁的表面相符合的环形传力钢圈，并在所述环形传力钢圈与所述监测点上安装多个应变传感器；通过所述应变传感器实时获取所述井筒的应变信号；将所述应变信号导入至矿井筒外部的数据转换单元；通过所述数据转换单元对所述应变信号进行转换并传输至矿井筒外部的数据采集装置，实现对井筒应变信息的实时监测。
在上述任一方案中优选的是，所述应变传感器为二维碳复合纳米金属膜柔性应变传感器，所述金属膜的厚度为550-600μm。
在上述任一方案中优选的是，在每个所述监测点上沿上下左右方向布设4个安装点，每一安装点上设置所述应变传感器，利用设置的所述应变传感器分别获取井筒沿轴向方向、周向方向和径向方向的应变信号。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤(2)中建立精细化的三维地质模型，包括a.收集井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料并进行信息处理：利用软件进行三维化和数字化处理，并提取高程信息；清理高程信息文件中的重复点、跨接和聚结点；利用线文件构建数字地表模型；
b.构建地质信息数据库；所述地质信息数据库包括钻孔孔口坐标数据文件、钻孔测斜数据文件、样品化验数据文件和地质代码数据文件；多个数据文件相互独立，并通过编号建立相互之间的联系，导入至三维软件中形成关系数据库；
c.调用所述地质信息数据库，将钻孔及井筒的结构设计材料在三维空间中进行显示，通过沿勘探线切割剖面或者所述地质信息数据库约束的方式筛选出当前需要绘制的剖面所包含的钻孔；根据矿体开采技术条件指标，并结合矿体圈连规则，对剖面上的钻孔进行地质解译，圈连剖面矿体，生成三维剖面矿体轮廓线；
d.根据矿体尖灭趋势及与断层的相互关系，将生成的各个矿体的三维剖面矿体轮廓线，进行外推处理；将各个矿体的剖面轮廓线根据对应情况进行连接，采用三角网连接技术生成各个矿体的三维地质模型；对生成的三维地质模型进行验证和修正。
本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。
本发明的有益效果：
(1)基于混凝土试块弹性阶段的应变极值计算不符合井筒工程的井壁混凝土结构受力，本发明可以有效优化应变极值的计算。
(2)本发明充分考虑不同地质条件对井壁混凝土应变极值的影响，使混凝土应变极值的计算更加精确。
(3)现有的井壁失稳预测无法给出失稳破坏位置与过程，只是基于经验或试验的概述，本发明可以给出特殊地质环境下较为精确的井壁失稳过程与位置。
(4)井壁失稳过程的精确估计，可以为井壁服役期安全状态评估、预测与治理提供有效的理论支撑。
(5)本发明方法中的模型建模能够降低投资风险；节省工程量，降低采矿成本，提高利润率；提高资源利用率，不浪费国家资源。
附图说明
图1为根据本发明的井筒失稳破坏的极限应变判别方法所建立的岩土材料极限应变的仿真计算模型示意图。
图2为根据本发明的井筒失稳破坏的极限应变判别方法所建立的尽可能接近真实的围岩地质模型示意图。
图3为根据本发明的井筒失稳破坏的极限应变判别方法的动态局部强度折减计算剪应变云图，其示出了某井筒实例工程的破坏过程。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。
实施例1
参见图1-3，一种井筒失稳破坏的极限应变判别方法，包括以下步骤：
(1)建立井壁混凝土、不同围岩岩土材料的仿真计算模型(图1)，利用超载法分别计算不同岩体材料的塑性极限应变(监测模型图1中不同点的极限应变)。
(2)结合井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料，建立精细化的三维地质模型(图2)，尽可能真实重现井筒及附近矿区的地质环境。
(3)结合井筒监测***不同监测点的布设位置，在反分析模型相同位置布置同样的监测点，监测井筒的应变信息。
(4)通过对比井筒稳定性影响因素的影响权重(水位、温度等)，建立影响因素诱发井筒失稳的最优组合，进而反分析给出井筒在多因素影响下的合理计算模型。
(5)水位的影响占主导因素，给定模型初始水头降高度，取定初始折减系数K，对井壁c、φ进行折减(公式1)，将其反带入计算模型看是否出现大于极限应变区域。若计算结果显示并无大于该值的单元，则继续增大折减系数直至井壁出现超过该应变极限值单元。
其中，c为粘聚力，φ为内摩擦角，K为折减系数。
(6)调取上一步计算文件作为初始计算文件，并对井壁内超过极限应变的单元进行强度折减，计算完成后，观测并记录井壁是否出现新的极限应变的区域，将此次计算作为下一次计算的初始文件并对新的出现极限应变的单元再次折减，每次折减步长取0.01。
(7)随着井壁上超过极限应变的单元不断增多，最终会在井壁单元形成塑性贯通区域，此时计算终止，记录此时的折减系数即为当前水位降井壁安全系数。
实施例2
参见图1-3，一种井筒失稳破坏的极限应变判别方法，包括以下步骤：
(1)建立井壁混凝土、不同围岩岩土材料的仿真计算模型(图1)，利用超载法分别计算不同岩体材料的塑性极限应变(监测模型图1中不同点的极限应变)。
(2)结合井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料，建立精细化的三维地质模型(图2)，尽可能真实重现井筒及附近矿区的地质环境。
(3)结合井筒监测***不同监测点的布设位置，在反分析模型相同位置布置同样的监测点，监测井筒的应变信息。
(4)通过对比井筒稳定性影响因素的影响权重(水位、温度等)，建立影响因素诱发井筒失稳的最优组合，进而反分析给出井筒在多因素影响下的合理计算模型。
(5)水位的影响占主导因素，给定模型初始水头降高度，取定初始折减系数K，对井壁c、φ进行折减(公式1)，将其反带入计算模型看是否出现大于极限应变区域。若计算结果显示并无大于该值的单元，则继续增大折减系数直至井壁出现超过该应变极限值单元。
其中，c为粘聚力，φ为内摩擦角，K为折减系数。
(6)调取上一步计算文件作为初始计算文件，并对井壁内超过极限应变的单元进行强度折减，计算完成后，观测并记录井壁是否出现新的极限应变的区域，将此次计算作为下一次计算的初始文件并对新的出现极限应变的单元再次折减，每次折减步长取0.01。
(7)随着井壁上超过极限应变的单元不断增多，最终会在井壁单元形成塑性贯通区域，此时计算终止，记录此时的折减系数即为当前水位降井壁安全系数。
在步骤(4)中所述影响权重包括水位、温度；在步骤(5)中c为粘聚力，φ为内摩擦角。
所述步骤(3)中，监测井筒的应变信息包括在矿井筒的内壁上沿轴向方向间隔开设有多圈环形卸压槽，所述矿井筒监测方法包括：在井筒设置的监测点内安装形状与井筒筒壁的表面相符合的环形传力钢圈，并在所述环形传力钢圈与所述监测点上安装多个应变传感器；通过所述应变传感器实时获取所述井筒的应变信号；将所述应变信号导入至矿井筒外部的数据转换单元；通过所述数据转换单元对所述应变信号进行转换并传输至矿井筒外部的数据采集装置，实现对井筒应变信息的实时监测。
所述应变传感器为二维碳复合纳米金属膜柔性应变传感器，所述金属膜的厚度为550-600μm。
在每个所述监测点上沿上下左右方向布设4个安装点，每一安装点上设置所述应变传感器，利用设置的所述应变传感器分别获取井筒沿轴向方向、周向方向和径向方向的应变信号。
所述步骤(2)中建立精细化的三维地质模型，包括a.收集井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料并进行信息处理：利用软件进行三维化和数字化处理，并提取高程信息；清理高程信息文件中的重复点、跨接和聚结点；利用线文件构建数字地表模型；
b.构建地质信息数据库；所述地质信息数据库包括钻孔孔口坐标数据文件、钻孔测斜数据文件、样品化验数据文件和地质代码数据文件；多个数据文件相互独立，并通过编号建立相互之间的联系，导入至三维软件中形成关系数据库；
c.调用所述地质信息数据库，将钻孔及井筒的结构设计材料在三维空间中进行显示，通过沿勘探线切割剖面或者所述地质信息数据库约束的方式筛选出当前需要绘制的剖面所包含的钻孔；根据矿体开采技术条件指标，并结合矿体圈连规则，对剖面上的钻孔进行地质解译，圈连剖面矿体，生成三维剖面矿体轮廓线；
d.根据矿体尖灭趋势及与断层的相互关系，将生成的各个矿体的三维剖面矿体轮廓线，进行外推处理；将各个矿体的剖面轮廓线根据对应情况进行连接，采用三角网连接技术生成各个矿体的三维地质模型；对生成的三维地质模型进行验证和修正。
实施例3
参见图1-3，一种井筒失稳破坏的极限应变判别方法，包括以下步骤：
(1)建立井壁混凝土、不同围岩岩土材料的仿真计算模型(图1)，利用超载法分别计算不同岩体材料的塑性极限应变(监测模型图1中不同点的极限应变)。
(2)结合井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料，建立精细化的三维地质模型(图2)，尽可能真实重现井筒及附近矿区的地质环境。
(3)结合井筒监测***不同监测点的布设位置，在反分析模型相同位置布置同样的监测点，监测井筒的应变信息。
(4)通过对比井筒稳定性影响因素的影响权重(水位、温度等)，建立影响因素诱发井筒失稳的最优组合，进而反分析给出井筒在多因素影响下的合理计算模型。
(5)水位的影响占主导因素，给定模型初始水头降高度，取定初始折减系数K，对井壁c、φ进行折减(公式1)，将其反带入计算模型看是否出现大于极限应变区域。若计算结果显示并无大于该值的单元，则继续增大折减系数直至井壁出现超过该应变极限值单元。
其中，c为粘聚力，φ为内摩擦角，K为折减系数。
(6)调取上一步计算文件作为初始计算文件，并对井壁内超过极限应变的单元进行强度折减，计算完成后，观测并记录井壁是否出现新的极限应变的区域，将此次计算作为下一次计算的初始文件并对新的出现极限应变的单元再次折减，每次折减步长取0.01。
(7)随着井壁上超过极限应变的单元不断增多，最终会在井壁单元形成塑性贯通区域，此时计算终止，记录此时的折减系数即为当前水位降井壁安全系数。
在步骤(4)中所述影响权重包括水位、温度；在步骤(5)中c为粘聚力，φ为内摩擦角。
所述步骤(3)中，监测井筒的应变信息包括在矿井筒的内壁上沿轴向方向间隔开设有多圈环形卸压槽，所述矿井筒监测方法包括：在井筒设置的监测点内安装形状与井筒筒壁的表面相符合的环形传力钢圈，并在所述环形传力钢圈与所述监测点上安装多个应变传感器；通过所述应变传感器实时获取所述井筒的应变信号；将所述应变信号导入至矿井筒外部的数据转换单元；通过所述数据转换单元对所述应变信号进行转换并传输至矿井筒外部的数据采集装置，实现对井筒应变信息的实时监测。
所述应变传感器为二维碳复合纳米金属膜柔性应变传感器，所述金属膜的厚度为550-600μm。
在每个所述监测点上沿上下左右方向布设4个安装点，每一安装点上设置所述应变传感器，利用设置的所述应变传感器分别获取井筒沿轴向方向、周向方向和径向方向的应变信号。
所述步骤(2)中建立精细化的三维地质模型，包括a.收集井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料并进行信息处理：利用软件进行三维化和数字化处理，并提取高程信息；清理高程信息文件中的重复点、跨接和聚结点；利用线文件构建数字地表模型；
b.构建地质信息数据库；所述地质信息数据库包括钻孔孔口坐标数据文件、钻孔测斜数据文件、样品化验数据文件和地质代码数据文件；多个数据文件相互独立，并通过编号建立相互之间的联系，导入至三维软件中形成关系数据库；
c.调用所述地质信息数据库，将钻孔及井筒的结构设计材料在三维空间中进行显示，通过沿勘探线切割剖面或者所述地质信息数据库约束的方式筛选出当前需要绘制的剖面所包含的钻孔；根据矿体开采技术条件指标，并结合矿体圈连规则，对剖面上的钻孔进行地质解译，圈连剖面矿体，生成三维剖面矿体轮廓线；
d.根据矿体尖灭趋势及与断层的相互关系，将生成的各个矿体的三维剖面矿体轮廓线，进行外推处理；将各个矿体的剖面轮廓线根据对应情况进行连接，采用三角网连接技术生成各个矿体的三维地质模型；对生成的三维地质模型进行验证和修正。
另外，为进一步提高效果，二维碳复合纳米金属膜柔性应变传感器的制备方法，包括以下步骤：
S1、将银箔用清洗液清洗后放置在管式炉的石英管中间，开启真空泵，将管式炉在10-15sccm氮气气氛下升温到900-1000℃，升温速率为10-15℃/min；当银箔达到900-1000℃后在石英管中通入30-40sccm碳烷，保持10-20min后关闭碳烷，在氮气气氛下随炉降温，在银箔上获得单层石墨烯，生成银基石墨烯。
S2、选定银基石墨烯生长时不贴附石英管的一侧旋涂上有机玻璃，将旋涂过有机玻璃的银基石墨烯放在烘箱中65-70℃供有机玻璃固化，将固化后的的银基石墨烯浸在1-1.5mol/L的FeCl3溶液中，银基石墨烯被溶解掉后带有石墨烯的有机玻璃薄膜将漂浮在溶液面上，将带有石墨烯的有机玻璃薄膜用预拉伸应变为80-100％的有机硅薄膜捞起，并在去离子水中清洗，彻底去除残余的FeCl3和其他杂质。在带有石墨烯和有机玻璃的有机硅薄膜上滴入醋酮，反复2-3次彻底去掉有机玻璃，留下复合有石墨烯的有机硅薄膜，将复合有石墨烯的有机硅薄膜用乙醇清洗后再用氮气吹干。
S3、将复合有石墨烯的有机硅薄膜放入小型磁控溅射仪中，在溅射仪中放入铜靶，开启真空泵，当真空度达到5-7Pa后通入氮气，通过调节保护气氛的通入量来控制放电电流，当放电电流达到20-25mA时启动溅射仪，溅射700-800s后关闭溅射仪，取出石墨烯复合纳米铜薄膜。
S4、在石墨烯复合纳米铜薄膜的两端涂上银浆，连上铜导线，即得到二维碳复合纳米金属膜柔性应变传感器。
本发明用利用磁控溅射技术在石墨烯表面溅射纳米铜颗粒薄膜，并组装成柔性应变传感器，该应变传感器能同时提高灵敏性和循环性能。本发明工艺简单、操作容易、成本低、可控性好，可进行大规模生产等。
此外，为实现更优的技术效果，还可将上述实施例中的技术方案任意组合，以满足各种实际应用的需求。
由上述实施例可知，基于混凝土试块弹性阶段的应变极值计算不符合井筒工程的井壁混凝土结构受力，本发明可以有效优化应变极值的计算。
本发明充分考虑不同地质条件对井壁混凝土应变极值的影响，使混凝土应变极值的计算更加精确。
现有的井壁失稳预测无法给出失稳破坏位置与过程，只是基于经验或试验的概述，本发明可以给出特殊地质环境下较为精确的井壁失稳过程与位置。
井壁失稳过程的精确估计，可以为井壁服役期安全状态评估、预测与治理提供有效的理论支撑。
本发明方法中的模型建模能够降低投资风险；节省工程量，降低采矿成本，提高利润率；提高资源利用率，不浪费国家资源。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (2)
1.一种井筒失稳破坏的极限应变判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）建立井壁混凝土、不同围岩岩土材料的仿真计算模型，利用超载法分别计算不同岩体材料的塑性极限应变；
（2）结合井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料，建立精细化的三维地质模型，真实重现井筒及附近矿区的地质环境；
（3）结合井筒监测***不同监测点的布设位置，在反分析模型相同位置布置同样的监测点，监测井筒的应变信息；
（4）通过对比井筒稳定性影响因素的影响权重，建立影响因素诱发井筒失稳的最优组合，进而反分析给出井筒在多因素影响下的合理计算模型；
（5）给定模型初始水头降高度，取定初始折减系数K，对井壁c、φ进行折减，将其反带入计算模型看是否出现大于极限应变区域；若计算结果显示并无大于极限应变区域的单元，则继续增大折减系数直至井壁出现超过极限应变区域；
（6）调取上一步计算文件作为初始计算文件，并对井壁内超过极限应变的单元进行强度折减，计算完成后，观测并记录井壁是否出现新的极限应变的区域，将此次计算作为下一次计算的初始文件并对新的出现极限应变的单元再次折减，每次折减步长取0.01；
（7）随着井壁上超过极限应变的单元不断增多，最终会在井壁单元形成塑性贯通区域，此时计算终止，记录此时的折减系数即为当前水位降井壁安全系数；
在步骤（4）中所述影响权重包括水位、温度；在步骤（5）中c为粘聚力，φ为内摩擦角；
所述步骤（3）中，监测井筒的应变信息包括在矿井筒的内壁上沿轴向方向间隔开设有多圈环形卸压槽，所述矿井筒监测方法包括：在井筒设置的监测点内安装形状与井筒筒壁的表面相符合的环形传力钢圈，并在所述环形传力钢圈与所述监测点上安装多个应变传感器；通过所述应变传感器实时获取所述井筒的应变信号；将所述应变信号导入至矿井筒外部的数据转换单元；通过所述数据转换单元对所述应变信号进行转换并传输至矿井筒外部的数据采集装置，实现对井筒应变信息的实时监测；
所述应变传感器为二维碳复合纳米金属膜柔性应变传感器，所述金属膜的厚度为550-600μm；
在每个所述监测点上沿上下左右方向布设4个安装点，每一安装点上设置所述应变传感器，利用设置的所述应变传感器分别获取井筒沿轴向方向、周向方向和径向方向的应变信号。
2.根据权利要求1所述的井筒失稳破坏的极限应变判别方法，其特征在于，所述步骤（2）中建立精细化的三维地质模型，包括a.收集井筒的结构设计材料、井筒附近矿区的地质勘探资料并进行信息处理：利用软件进行三维化和数字化处理，并提取高程信息；清理高程信息文件中的重复点、跨接和聚结点；利用线文件构建数字地表模型；
b.构建地质信息数据库；所述地质信息数据库包括钻孔孔口坐标数据文件、钻孔测斜数据文件、样品化验数据文件和地质代码数据文件；多个数据文件相互独立，并通过编号建立相互之间的联系，导入至三维软件中形成关系数据库；
c.调用所述地质信息数据库，将钻孔及井筒的结构设计材料在三维空间中进行显示，通过沿勘探线切割剖面或者所述地质信息数据库约束的方式筛选出当前需要绘制的剖面所包含的钻孔；根据矿体开采技术条件指标，并结合矿体圈连规则，对剖面上的钻孔进行地质解译，圈连剖面矿体，生成三维剖面矿体轮廓线；
d.根据矿体尖灭趋势及与断层的相互关系，将生成的各个矿体的三维剖面矿体轮廓线，进行外推处理；将各个矿体的剖面轮廓线根据对应情况进行连接，采用三角网连接技术生成各个矿体的三维地质模型；对生成的三维地质模型进行验证和修正。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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