模拟井筒（共5篇）
模拟井筒 篇1
多元热流体热采是一种稠油热力采油新技术,该项技术原理为:利用航天火箭发动机的燃烧喷射机理,在火箭动力采油设备的高压燃烧室内,注入工业柴油(原油或天然气)作燃料,同时注入高压空气及高压水,燃烧产生高压水蒸汽、CO2及N2气等混合气体(即多元热流体),并直接注入油层,利用多元热流体携带热量及气体溶解协同降低原油黏度,进而提高油田产油速度及最终采收率。
关于蒸汽热采井筒热力参数,国内学者做了大量的研究工作,王弥康[1]就国内外的井筒热传递的定量计算进行了研究。沈惠坊[2]将地面管线与井筒进行了综合考虑,探讨了计算蒸汽压力降、干度降及热量损失的计算模型。陈艳华[3]、王志国[4]等人采用热力学、传热学及流体力学等学科知识,建立了计算井筒热损的综合数学模型,并提出了热损合理分布的概念。翟建华[5]研究了汽、液两相垂直管流压降的计算问题。刘文章[6]提出了用物理模拟方法确定井筒总传热系数的方法。然而和陆地常规蒸汽吞吐相比,海上油田热采注入的多元热流体是由多种流体组成的复杂气、液混合物,同时由于海上油田特殊的作业环境、注热管线流程及井筒外部环境。因此,掌握多元热流体在地面注热管线及井筒流动、传热规律更加困难,其主要体现在:(1)高温高压下多元热流体物性参数计算;(2)多相流阻力系数计算;(3)环空不同介质/不同控制参数优化;(4)总传热系数计算(考虑井筒热点、环空相关参数的影响)。为便于海上稠油热采井筒相关参数计算、指导热采工艺方案设计,本文根据多相流及传热学基本理论对井筒流动/传热计算模型开展针对性研究,建立了相应综合分析数学模型,并在此基础上编制计算程序、开展井筒热采数计算,进而为多元热流体注入参数优化、辅助管柱设计奠定基础。
1 主要假设条件
(1)多元热流体组分构成稳定;
(2)井筒中的传热为稳态传热,井筒周围地层中的传热为非稳态传热;
(3)井筒中任一截面上各点的温度均相等;
(4)井筒、地层的初始温度按地温梯度分布。
2 井筒传热数学模型
井筒径向传热由油管中心到水泥环外缘的一维稳定传热和水泥环外缘到地层之间的一维不稳定传热两部分组成,其中油管中心到水泥环外缘的一维稳定传热其较为复杂,包含的热阻项数多,同时还要考虑油管类型、热点(接箍、伸缩管和封隔器)、环空介质种类及控制参数的影响。
2.1 油管中心至水泥环外缘的传热
由稳定传热公式,油管内多元热流体至水泥环外缘在dz段内的传热量为[6,7]:
dQ=2πrtoUto(T-Th)dz (1)
Q为井筒径向热流量,W;rto为油管外径,m;T为多元热流体温度,℃;Th为水泥环温度,℃;z为井深,m。
2.2 从水泥环外缘至地层的传热
由于是不稳定热传导,对地层的热损失开始大,但随着注汽的进行,地层温度增加,传热动力温差ΔT将减小,导致热损失逐渐降低[6,7]。
用式(2)表示为。
dQ=2πλe(Th-Te)dz/f(t) (2)
式(2)中,λe为地层导热系数,kJ/(m·d·K);Te为地层温度,℃;f(t)—无量纲时间函数。
3 井筒多相流数学模型
3.1 井筒压力计算
井筒内气液两相管流的压力降是摩擦损失、势能变化和动能变化的综合结果,所遵循的动量平衡方程为(取垂直向下为正方向,忽略加速压降)[8,9]。
式(3)中,
式中,p为平均压力,Pa; ρm为多元热流体密度,kg/m3;θ为井斜角,弧度;fm为两相流摩阻系数;um为多元热流体平均速度,m/s;d为油管直径,m; vl为水比容,m3/kg;Z为气体压缩因子;R为气体通用常数;M为气体摩尔质量,kg/mol;mCO2、mN2、mH2O为CO2、N2、水的质量流量,kg/s;x为蒸汽干度,%。
3.2 井筒干度计算
多元热流体在井筒中的流动为两相、多组分的复杂流动,液相为水,而气相是由饱和蒸汽、N2、CO2组成的混合气体,由气体分压定律可知:饱和蒸汽的分压力与所占的摩尔百分数成正比[8,9,10]:
式(4)中,pw为水蒸汽饱和压力,MPa;GCO2、GN2、GH2O、G″H2O为CO2、N2、饱和水、饱和蒸汽的质量流量,kg/s;MCO2、MN2、MH2O为CO2、N2、水的摩尔质量,kg/mol。
令
由于x=G″H2O/GH2O,代入式(5)整理可得:
由于T为z的函数,x、p也是z的函数,pw为T的函数,对式(6)求导得:
3.3 井筒温度计算
根据能量平衡方程,井筒单位时间内、单位长度上的热损失等于单位时间内、单位长度上多元热流体能量的减少[8,9,10,11],即(忽略动能损失):
式(7)中:
Hm=GCO2hCO2+GN2hN2+(1-x)GH2OhH2O+xGH2Oh″H2O。式中,q为井筒单位长度的热损失,W/m;Hm为多元热流体的总能量,W;hCO2、hN2、h′H2O、h″H2O为CO2、N2、饱和水、饱和蒸汽的热焓,kJ/kg。
对式(8)求导得:
式(8)中:r=h″H2O-h′H2O,将式(8)代入式(7)整理后得:
式(9)中:
联立式(3)、式(6)、式(9)即构成了多元热流体两相流数学模型。
4 计算分析
根据上述建立的数学模型,利用VB6.0编制了多元热流体热采井筒参数模拟计算程序,利用该程序对渤海**油田**井多元热流体吞吐注热期间不同时间点的井筒沿程温度、压力进行计算,其中该井基本数据如下:
(1)井身参数。井深:1 000 m,套管:
(2)物性参数。隔热油管导热系数0.006 W/(m·K),地层热传导率:1.743 W/(m·K),水泥热传导率:0.35 W/(m·K),地层热扩散系数:0.002 65 m2/h,地表温度:25 ℃,地温梯度:3 ℃/100 m。
(3)注入参数。井口注入压力:16 MPa,注入温度:300 ℃,注水速度:9 t/h,注CO2速度:0.69 t/h,注N2速度:2.37 t/h。
4.1 不同注热管柱
多元热流体流通过隔热油管及普通油管注入时,油、套管沿程温度及热损失分布情况,见图2—图3。
由图可知:采用隔热油管注入可大幅度降低井筒沿程热损失、提高热能利用率,且套管温度低、避免其遭受高温变形破坏。
4.2 不同注热时期
多元热流体通过隔热油管及普通油管注入时,不同注入时期多元热流体沿程热损失分布情况,见图4—图5。
由图可知:在井口注入参数不变的情况下,随着注入时间的延长,井筒沿程热损失减小,且普通油管注热时,不同注热期沿程热损失变化幅度较隔热油管注热时大。
4.3 不同环空介质
多元热流体通过隔热油管及普通油管注入时,油管环空充填不同介质对多元热流体沿程热损失分布情况,见图6—图7。
由图可知:环空充氮气时,其隔热效果远优于水,这是由于氮气导热性能远低于水,环空为气体时,隔热效果好,井筒热损失小。
5 结论
(1)应用多相流及传热学理论,建立了多元热流体在井筒流动/传热过程中温度、压力、干度及热损失的数学计算模型,并在此基础上编制了应用程序;
(2)应用程序可实现对多元热流体热采时不同注入参数、不同管柱组合、不同井型情况下油管沿程温度、压力、干度、热损失以及套管、水泥环温度分布计算;
(3)计算结果可有助于认识多元热流体在井筒中流动及传热规律,优化多元热流体注入参数、优选环空隔热措施等,进而指导多元热流体热采工艺方案设计。
参考文献
[1]王弥康.注蒸汽井井筒热传递的定量计算.石油大学学报,1994;18(4):77—82
[2]沈惠坊.稠油蒸汽吞吐井地面管线及井筒热力计算.石油钻采工艺,1990;13(4):55—64
[3]陈艳华,项新耀,李景勤.稠油热采深井井筒热损合理分布的研究.热力学分析与节能论文集.北京:科学出版社,1997:69—74
[4]王志国,马一太,李东明,等.井筒传热过程分析及热损计算方法研究.钻采工艺,2005;28(2):17—19
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[7]万仁薄.采油技术手册(稠油热采工程技术).北京:石油工业出版社,1996:48—389
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[9]李兆敏,王登庆.泡沫流体在井筒内流动时的耦合数学模型.西南石油大学学报(自然科学版),2008;30(6):56—64
[10]杨胜来,邱吉平,何建军,等.高温高压下CO2泡沫压裂液摩阻计算研究.石油钻探技术,2007;35(6):1—4
[11]王庆,吴晓东,刘长宇,等.高含CO2原油井筒流动压力和温度分布综合计算.石油钻采工艺,2010;3(21):65—69
模拟井筒 篇2
一、工程概况：
副立井是我公司的主要进风井及提升运输通道，井筒直径4.5m，净断面15.9m，周长14m，全长313m，原支护：从上0-150m为砌碹支护,150m-313m为锚网喷支护，由于受淋水及风化影响、造成锚网喷支护段局部喷层脱落，岩层裸露，影响提升运输安全，为保证副立井的正常提升及人员上下井的安全，经研究决定，对井筒井壁锚网喷支护段爆裂危岩及浆皮进行摘除，并进行开帮锚网梁喷修复，具体位置为：从上150m至313m，全长163m，为保证施工安全及施工质量，特编制此措施：
二、地质概况
井筒沿四号钻孔开凿，通过钻孔资料分析，井筒共揭露1-12号煤层，岩层倾角19度，修复段从上150m-315m分别揭露4号煤-12号煤，其中四层、六层、十一层煤厚度较厚，但是对支护强度有影响，需加强锚杆预紧力检查，其他岩石以砂岩、中砂岩、细砂岩为主，岩石较为稳定。
三、施工方法
施工时，施工人员佩带保险带从上往下清理井筒及罐道梁上的悬矸及杂物，到达修复位置搭设操作平台，施工人员站在平台上操作，先从上而下进行锚网梁支护，最后集中喷浆。
四、支护方法及质量要求
1、支护方法
锚网梁喷支护，采用Ф18³1800mm的全螺纹钢等强锚杆，使用铁托盘及钢筋梯子梁压菱形网，锚杆间排距800³1000mm，每根锚杆使用2块树脂药卷，锚固力不小于100KN，予紧力不小于400N.M。最后进行喷浆，喷浆厚度100mm。严格按照《煤矿安全技术操作规程》中规定、标准进行喷射混凝土。
2、质量要求
1）锚网梁要求：
锚杆采用20MnSi钢制成的全螺纹钢等强锚杆，规格为Ф18³1800mm，每根锚杆均用2块树脂锚固剂固定，锚固长度不少于700mm，锚杆外露长度为30～50mm，梯子梁采用Ф14的全螺纹锚杆制作，钢筋梯子梁规格：Ф80³2600mm，铁托盘规格Ф130³8mm，铁托盘采用8mm钢板压制成弧形。树脂锚固剂规格为Ф28³330mm，锚杆均使用配套标准螺母紧固，锚固剂型号为MSZ2833，每根锚杆岩层锚固力不小于100KN，预紧力不小于400N.M。钢网采用10#铁丝制作的菱形网，菱形网规格：长³宽＝6000³1100mm网格为70³70mm，联网时网与网必须扣扣扭接。
2）喷浆要求：
喷射混凝土使用必须用标号不低于425#水泥，沙为纯净的河沙，砂浆强度为C18，配比为水泥：沙＝1：2；速凝剂型号为J85型、掺入量一般为水泥重量的2-4%，喷淋水区时，可酌情加大速凝剂掺入量，速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入。喷浆厚度100mm
3)其他质量要求：
①锚杆安装牢固，托盘紧贴壁面，不松动，锚杆预紧力不小于400N²M，锚杆构件齐全完好。
②锚固力：≮100KN/根；
③菱形网施工质量：网与网之间逢扣扭结； ④间排距：±100mm为合格； ⑤锚杆角度：垂直井壁断面为合格； ⑥锚杆外露长度：30～50mm为合格；
⑦喷浆厚度均匀，厚度为100mm，五、施工程序(一）生产准备
1、施工前，将施工的所有工具、材料准备齐全，清理井口周围10米内的杂物，并关闭井口三侧的防火门，并在井口防火门上悬挂“井筒施工，严禁入内”的警示牌，副井底有把钩工负责警戒，关闭井底栅栏门，在东侧拉警戒线，并悬挂“井筒施工，严禁入内”的警示牌。
2、施工人员在井口试验通讯信号灵敏可靠（同时带好备用信号装置：哨子，施工人员与井底、井口信号工确定好，万一通讯机失灵时的联络信号），通讯机由专人持有，并与绞车司机联系。
3、施工前，由1人进入罐笼内，并将长柄钎子、锚杆、药卷、托盘和装矸石的抬筐等物料放入罐笼内，用10#铁丝捆扎固定牢固，施工人员系好保险带，保险带栓结在罐笼内，拴结要牢固可靠。下放罐笼使罐顶与井口水平，通知信号工打开井口安全门，由4名施工人员上罐顶系好保险绳、保险带，将风钻、气扳机、风镐、手镐、等工具抬到罐顶，用10#铁丝捆扎固定牢固，保险带拴结在罐顶的专用环上，拴结要牢固可靠，保险带连接牢固可靠，每人单独一套保险带，施工人员的保险带严禁缠绕在一起，施工期间，施工人员严禁脱下保险带，施工人员戴好安全帽，支设好保护伞，穿好雨衣。
4、施工人员从上往下逐米将井壁及罐道梁上的悬矸及杂物清理干净，到修复地点。
5、敷设风水管路及电缆，风管采用两道一寸塑料管，水管采用一道10#高压胶管，均引自井底；电缆来自井底，修复前由机电工区维修工提前敷设好，留设风水户及电缆接口，一并将风水管、电缆固定在罐道梁里侧，风水管每间隔10米固定一次，电缆每间隔4米固定一次，并在电缆固定部位使用风筒布进行包裹，避免铁丝直接接触电缆，对电缆造成损坏。井口风水管设专用阀门。
6、搭设操作平台
用Ф12.5钢丝绳与主滑头处钢丝绳连接，紧固M20螺栓使平台程吊桥式，若施工地点罐笼外沿距井壁距离较远，不利于施工时，施工人员在罐笼平台上加两道50³300³1500（mm）踩板，踩板穿入U型卡子中，用稳钉固定可靠。
（二）开帮、锚网梁修复、钻取罐梁窝
1、施工人员佩带保险带站在操作台上由上向下的顺序进行锚网梁喷支护。打眼工具采用7665M型风钻配Ф22mm中空六棱钻杆，Ф28mm柱齿钻头湿式打眼，再用BK-42 型气板机安装锚杆。
2、用风镐钻取罐梁窝时，施工人员在梁窝下方罐梁上吊上小吊桶，用于盛接下落的矸石，接好风镐，两人一组用风镐钻取出梁窝。小吊桶内的矸石乘满后，罐顶施工人员将小桶下放于罐笼中，罐笼中的施工人员将矸石收集放入抬筐中。施工期间，罐笼中的施工人员必须系好安全带。两部风镐同时施工，钻取梁窝，梁窝规格为300³300³600（mm），一组罐梁窝完毕，施工人员拆除踩板折叠施工平台，将工具放置可靠后，下放罐笼至下一组罐梁，按相同方式打出梁窝。
（三）、喷浆
1、喷浆时，喷浆机安放在罐笼内，开关安放在罐顶，用10#铁丝捆扎固定牢固，开关上部盖好风筒布，防止淋水进入开关，喷浆机要用木楔或专用挡车器固定牢固，施工人员系好保险绳、保险带，罐笼内施工人员保险绳栓结在罐笼内，灌顶施工人员保险绳栓结在罐顶上，拴结要牢固可靠。喷浆用的水泥、沙灰、速凝剂在地面搅拌好后装袋子，喷浆时，人工将装好的料袋安放在罐笼内，喷浆时，逐袋往喷浆机内倒，用完的水泥袋不得乱扔，要安放在事先准备好的箩筐内，箩筐用10#铁丝固定牢固。
2、喷浆时，敷设1寸、2寸塑料管时，将1寸、2寸塑料管子盘放入罐笼中，盘圈的直径为1.0米，罐笼中有一名施工人员监视塑料管子的情况，控制塑料管子的拉伸的速度，确保与罐笼的下放速度一致。罐笼的下放速度不大于0.5m/s。每到达一道罐梁位置，施工负责人发出停车信号，施工人员用10＃铁丝将1寸塑料管绑扎到罐道梁上。每一道罐梁固定一点，用10＃铁丝固定。按照自下而上的顺序进行。1寸、2寸塑料管的上头与压风管路连接牢固，1寸水管上头与防尘水管连接牢固。施工时，施工人员将风水管固定在罐顶上，固定牢固，风水管的长度根据现场确定留足方便施工的长度，每次施工完毕后，施工人员必须将罐顶上的塑料管路固定点解开，将塑料管路牢固的固定在井壁上，确认安全后，方可发信号上提罐笼。
3、敷设喷浆机电缆时，待安装罐笼施工平台完成后，施工人员先敷设25平方电缆。将电缆盘放至罐笼顶部西侧，施工人员将固定电缆的10＃铁丝放置到罐顶上。罐顶东西两侧各2名施工人员。敷设电缆时严格按照自下而上的顺序进行。施工人员系好安全带，其中一名施工人员持通讯机负责发送信号。绞车以0.5m/s的速度向上运行。每一道罐梁固定一个点。电缆敷设固定在南侧西端贴近井筒壁罐梁上，罐笼运行至罐梁处，施工 3
人员发出停车信号，施工人员将电缆敷设开，并用10＃铁丝固定到罐梁上。
4、喷浆机接火必须提前到机电科办理接火审批手续。喷浆机从井底吃水泵房供电，必须由专人每班对漏电进行一次试验，并做好记录，喷浆机每天的拆接火由机电工区负责，严格执行停送电制度及“一人操作，一人监护”制度，施工前将前一级馈电开关停电闭锁、挂停电牌后方可施工，接火维修工必须带好可靠的验电、放电工具，保证用电安全。
（四）、撤除工作
施工完毕后，施工人员将摘下的矸石放在罐顶的抬筐内，用对讲机通知副井底待命的施工人员关闭风阀，收拾清点工具，拆除踩板折叠施工平台，将工具放置可靠后，下放到井底，将罐笼中的工具和剩余物料抬走；再发信号，上提罐笼至井口，待罐顶与井口水平后停车，打开安全门，施工人员解除保护伞，撤除罐顶上的工具，施工人员下罐笼。上提罐笼至正常停车位置，罐笼中的施工人员将抬筐矸石抬走，放于井口防火门外矿车中。
六、安全技术措施:
1、施工前，与调度室联系好，同意后方可施工。
2、施工前，施工人员要对副井口和井底车场内的杂物清理干净，并关闭井口三侧的防火门，并在井口防火门上悬挂“井筒施工，严禁入内”的警示牌，井口、井底派专人看守，严禁闲人进入。
3、施工前，先对副井筒有上向下的顺序进行巡查，清理井筒杂物，确保施工安全。
4、施工时，提前在副井底两侧安设2道降尘网，每道降尘网前安放一道喷雾，要求喷雾务必雾化全断面，喷浆时，打开两道喷雾，参与施工人员必须佩带防尘口罩及各类防护物品。
5、施工前，提前在付井底东侧安设一部电话，方便施工人员联系。施工人员上罐笼时，必须系好保险带，支设好保护伞，由专人持通讯机负责信号发送，另外备有哨子做应急信号。
6、搭设保护伞的安全措施：
施工时，施工人员首先支设保护伞，保护伞分为2块，分别插在罐笼顶上部的专用插槽内；支设保护伞时，由专人持通讯机与车房联系，将罐笼下方至罐顶与井口位置一致时，发信号停止罐笼运行，安放保护伞时，施工人员要配戴好安全带，安全带牢固的固定在罐笼支架上，确认安全后，方可进行保护伞的安放，保护伞必须与罐顶的插槽连接牢固，方可进行下一步工作。
7、搭设操作平台的安全措施：
罐顶的施工人员打开罐笼两侧的施工平台（罐笼顶部槽钢上焊接∠100³10角铁用于固定安装施工平台的折页），用Ф12.5钢丝绳与主滑头处钢丝绳连接，紧固M20螺栓 4
使平台程吊桥式，若施工地点罐笼外沿距井壁距离较远，不利于施工时，施工人员在罐笼平台上加两道50³300³1500（mm）踩板，踩板穿入U型卡子中，用稳钉固定可靠，8、井筒施工，罐笼运行速度不大于0.5m/s，由主司机开车，副司机监护，司机应集中精力，正规操作。
9、雷雨天气严禁施工。
10、施工时，必须与井口、井底信把工联系好，10米范围内严禁有人靠近，并设专人在通往井口、井底的通道设岗、警戒。施工期间，井口、井底的信把工必须在打点室内，严禁出入。
11、施工地点上方井筒内严禁有附着物，否则严禁施工；施工期间，罐笼内施工人员严禁将身体探出罐笼；通信工具确保灵敏可靠，方可施工。
12、施工人员在井筒中施工时，严禁将保险绳、保险带系在罐道梁上。
13、副井底安设专人负责风管阀门的开启和关闭工作。
14、打锚杆的安全技术措施：
1）打眼前，用2米的长把工具摘除开裂浆皮，确认安全后，方可由班组长按要求进行布眼。
2）打眼时，风钻与风管、风管与风管之间用专用卡子固定牢固，严禁用铁丝代替专用卡子，并随时进行检查，防止鼓开管子，漏风伤人。
3）打锚杆眼：
打眼前，首先按照井筒断面严格检查巷道断面规格，不符合作业规程要求时必须先进行处理；打眼前要先敲帮摘矸，仔细检查井壁围岩情况，找掉活矸、危岩，确认安全后，方可开始工作，锚杆眼的位置要准确，眼位误差不得超过100mm，眼向垂直于井壁，误差不得大于5度。锚杆眼深度应与锚杆长度相匹配，打眼时应在钎子上做好标志，严格按锚杆长度打眼，锚杆眼打好后，应将眼内的岩渣、积水清理干净。
4）安装锚杆：
安装前，应将眼孔内的积水、岩粉用压风吹扫干净。吹扫时，操作人员应站在孔口一侧，眼孔方向不得有人，把2块树脂锚固剂送入眼底，把锚杆插入锚杆眼内，使锚杆顶住树脂锚固剂，外端头套上螺帽，用带有专用套筒的风煤钻卡住螺帽，开动风煤钻，使风煤钻带动杆体旋转将锚杆旋入树脂锚固剂，对锚固剂进行搅拌，直至锚杆达到设计深度，方可撤去风煤钻，搅拌旋转时间为20～30秒，搅拌完，待3～5分钟后，卸下专用套筒，上好托盘，拧上螺帽，12分钟之后，拧紧螺帽给锚杆施加一定预紧力，预紧力不小于400N²M。5）挂网：
（1）菱形网、组合梁沿井筒横断面布置。
（2）菱形网、组合梁紧贴井壁，用铁托盘、组合梁压紧压实，预紧力不小于400N²M。
（3）网要从上向下逐米逐排进行铺设安装，支护好一排后，再安设支护下一排，严禁两排（或两排以上）网带同时进行支护。
15、喷浆的安全措施
（1）喷浆时，喷浆机安放在罐笼内，开关安放在罐顶，用10#铁丝捆扎固定牢固，开关上部盖好风筒布，防止淋水进入开关，喷浆机用专用挡车器固定牢固，喷浆前，要对喷浆机进行全面检查，机子密封严密，无漏风现象，喷浆机各接头用10#铁丝捆扎牢固，并两头拉住，以防鼓开管子漏风伤人。
（2）采用潮料喷浆，喷浆前，先冲洗井壁，洒水降尘，喷浆用料：水泥标号不低于425#；砂子：采用河沙作配料，颗粒粗细要均匀，含泥量按重量计算不大于3%；并要进行过筛处理。速凝剂：质量符合标准要求，禁止使用过期失效速凝剂，喷浆时，副井底打开净化水幕，净化风流。喷浆用的水泥、沙灰、速凝剂在地面搅拌好后装袋子，喷浆时，人工将装好的料袋安放在罐笼内，喷浆时，逐袋往喷浆机内倒，用完的水泥袋不得乱扔，要安放在事先准备好的箩筐内，箩筐用10#铁丝固定牢固。
（3）喷浆机运转时，严禁手或工具进入喷浆机内及罐笼外。喷浆时，严禁将喷头对准人员。
（4）喷射过程中,如发生堵塞、停电或停风时，应立即关闭水门，将喷头向下放置，以防止水流入输料管内。处理堵塞时，采用敲击法输通料管，喷栓口前方及其附近严禁有人。
（5）喷浆时，要对副井底风、水管路、电缆采取保护措施，盖上水泥袋或风筒布，防止积满落尘。
（6）喷射时，应先给风后送电。每次给风、下料、调节风压的大小都要听从喷射手的指挥。停喷时，应先停止上料，等机内余料全部排完，再停机子并将风压开大，将输料管内的存料吹净，最后再停风。若发生堵管事故，应立即断电，并停止上料，接着再停风，然后打开弯头上的快速接头，开风机子把机内的余料吹净，以免潮料在机内凝结，疏通管路采用敲击法。
（7）喷浆具体要求：⑴输送管长4-10m，工作风压为0.4MPa。⑵、喷距为0.6-1.0m。⑶、喷浆手应严格掌握水、灰比，随时注意喷面的情况来调节水门，使喷面平整、湿润，粘性与密实性好，无干斑或滑移、流淌现象。⑷、喷头与喷面应尽量保持垂直，最小夹角不得小于70°。⑸、喷射顺序：沿走向由下而上。喷头按直径为20cm的圆圈压半圆均匀缓慢地移动，尽量一次喷完，达到设计厚度，使喷厚形成为一个整体。
6、一次喷射混凝土厚度达不到设计要求时，应分次喷射，但复喷间隔时间不得超过2小时，否则应用高压水冲洗受喷面。
（8）喷浆时，施工人员安排：罐笼内2人负责喷浆机的供风、供料、喷浆机的开停及通讯工作，灌顶2人负责送电、喷浆工作，一人持喷头喷浆，另一人负责照明并负 6
责通讯，观察安全情况及喷射质量。
（9）施工人员系好保险绳、保险带，拴结要牢固可靠。喷浆时，罐笼内的施工人员不得超过3人。喷射人员要佩戴防尘口罩、乳胶手套和眼镜。
（10）喷浆机接火前到机电科办理接火审批手续。严格执行喷浆机设备点检制。（11）施工完毕后，施工人员将喷浆机、开关、风水管等物料撤出，保证畅通，清扫罐笼。每次施工前，必须由专人每班对漏电进行一次试验，并做好记录，喷浆机每天的拆接火由机电工区负责，严格执行停送电制度及“一人操作，一人监护”制度，施工前将前一级馈电开关停电闭锁、挂停电牌后方可施工，接火维修工必须带好可靠的验电、放电工具，保证用电安全。
17、施工期间，要随时观测井壁围岩情况，发现隐患，立即停止作业，采取措施进行处理，确保安全后，方可继续施工。
18、整个施工过程，严格执行“一人操作，一人监护”制度。
模拟井筒 篇3
随着我国煤矿行业的快速发展, 立井注浆的研究受到工程界的高度重视。然而, 当立井施工穿越富水地层时, 会引起诸多的不安全因素。在富水地层通过注浆进行堵水, 是处理地下水害的重要技术手段, 目前, 注浆法是唯一具有可封堵含水层与加固破裂井筒双重功能的技术途径[1]。本文以某富水地层立井井筒注浆为例, 通过FLAC3D建立三维仿真模型, 利用数值计算对井筒壁后注浆的浆液扩散情况进行分析和研究, 并依据研究提出相应的处理建议。
1 岩体的裂隙性
岩体的裂隙性可由断裂力学及损伤力学理论说明。在断裂力学中, 节理裂隙被看成裂纹, 岩体不再被认为是一个完全连续的均匀体, 断裂力学理论运用于岩体中可以揭示岩体中的裂隙从起裂、扩散、贯通, 最终导致岩体的局部破坏的整个过程, 由此来解释岩体逐渐失稳乃至破坏的机制。损伤力学的理论认为岩体从开始变形到破坏的整个阶段, 是一个损伤演化的过程, 即随着外力的增大或其他作用的影响, 岩体材料逐渐劣化, 使实际材料强度降低。
2 井筒壁后注浆浆液扩散的数值模拟
2.1 模型参数
本次模拟计算针对井筒壁后注浆过程的围岩流固耦合效应进行数值分析。数值模拟计算采用的围岩力学参数及渗流参数如表1所示。
2.2 计算结果分析
在数值模拟中, 分别分析注浆压力为1~6 MPa时的围岩变化规律, 根据模拟结果进行失稳机制分析, 从整体上把握井筒围岩变形情况, 绘制曲线如图1所示。
从图线中分析可知, 当注浆压力较小 (1~3 MPa) 时, 围岩位移变化较小, 并经过一段时间的位移后趋于平衡, 且没有明显的持续发展趋势。说明在注浆压力较低情况下, 围岩裂隙劈裂作用小, 浆液的注入量难以保证, 浆液难以扩散到围岩内部, 注浆效果不明显。说明在注浆压力较小时, 浆液的注入量有限, 若要达到加固要求, 仍需加大注浆压力, 使浆液注入量加大, 进而扩大浆液的扩散范围, 使加固效果更明显。当压力达到4 MPa时, 围岩位移趋于平衡后开始出现突变现象, 这说明应力的施加产生了一定的作用, 围岩裂纹被劈裂, 并产生损伤且不断扩展, 其扩展逐渐向围岩深处延伸, 此时需进行及时注浆, 使浆液不断扩散到围岩深处, 填充被劈裂的裂纹, 进而加固围岩。倘若压力继续增大, 增大至6 MPa时围岩位移突变明显, 甚至有失稳趋势, 这是符合现场实际情况的。
由图1分析可知, 注浆压力越大, 浆液对岩体的劈裂作用越明显, 浆液的扩散范围也会随之增大, 进而说明注浆压力越大时, 浆液注入岩体越深, 浆液的扩散半径就越大。但事实上注浆压力并非是越大而注浆效果越好, 以下利用模型塑性区域范围说明。
FLAC3D中, 显示计算后的塑性区域结果见图2所示, 图2 (a) 、图 (b) 分别表示注浆压力加载到3 MPa和6 MPa时, 孔口管附近井筒围岩的屈服情况, 图中浅颜色区域显示的是围岩被屈服的区域, 即应力强度因子超过断裂韧度的单元。
由图2可见, 在注浆压力达到3 MPa之前, 井筒围岩并没有出现大范围屈服现象, 只出现了小部分应力强度因子比较集中的区域, 这反映了应力集中的情况。当注浆压力加载至3 MPa时, 孔口管附近开始出现了轻微的屈服破坏现象, 见图2 (a) 所示。这说明当注浆压力施加到3 MPa时, 围岩裂隙岩体开始发生轻微的劈裂, 因此, 出现了小部分的屈服区域。若继续加大注浆压力, 当注浆压力加载至6 MPa时, 见图2 (b) 所示, 孔口管附近的井筒两侧出现较大范围的屈服破坏, 此时屈服区域较大, 已经扩展到了围岩较深的地方, 且井壁也出现了一些屈服破坏区域, 这表明在该注浆压力作用下, 围岩遭到了大范围失稳破坏, 若在此注浆压力下注浆, 围岩强度反而减小, 需要浆液的注入量过多, 必将导致浆液材料的浪费, 加之井壁处也出现屈服区域, 浆液会沿着井壁裂纹渗入井筒, 使井筒内出现冒浆现象, 不但造成浆材浪费, 还会影响井内正常施工, 甚至导致井筒壁支护的破坏, 使井壁破损, 这样不但达不到注浆加固目的, 反而造成不良后果。因此, 当利用较大压力进行注浆时, 需及时控制注浆压力, 处理好注浆浆液量的注入及注浆凝结时间的关系, 注浆过程不可操之过急, 需严格按照施工进度规范要求进行。
综上所述, 对于此类条件下的注浆, 注浆压力应控制在6 MPa以下, 可控制在5~6 MPa之间, 注浆效果较好。过低的注浆压力达不到良好的加固效果;而若注浆压力过大, 将不但破坏周边围岩, 使得围岩更加破碎而难以加固, 还会导致浆液渗入井壁进入井筒, 给施工带来困难。
3 结论
根据断裂力学理论, 可将岩体中的断续节理裂隙简化为裂纹。本文通过FLAC3D软件, 建立应力-渗流压力共同作用下的翼型裂纹数值模型来模拟井壁的壁后注浆, 并对比在不同注浆压力下所引起的屈服破坏区域及裂纹起裂扩张区域。由数值分析可知, 当注浆压力在1~3 MPa时, 劈裂作用不显著, 浆液注入量难以保证, 注浆效果不明显;当注浆压力增大到4 MPa时, 由于围岩裂隙发生劈裂, 浆液可扩散到围岩深处, 进而可有效加固围岩;若注浆压力增大至6 MPa, 围岩位移突变明显, 且有失稳趋势。因此, 对于此类注浆, 注浆压力宜控制在5~6 MPa, 注浆效果较好。由数值分析结果还得到围岩的屈服破坏区域要比裂纹扩展区域小的结论, 说明注浆压力与岩体屈服和裂纹扩张有一定程度的联系。注浆压力的衰减和浆液与岩体之间的相互关系有关:浆液与岩体之间的相互作用越强, 浆液的最终扩散半径会减小, 注浆压力的衰减也会相应变快。
参考文献
[1]葛晓光, 胡伏生, 钱家忠, 等.强含水层的浆液低压运移及其井筒堵水应用[J].煤田地质与勘探, 2004, 32 (5) :40-42.
[2]陈育民, 徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].北京, 中国水利水电出版社, 2009.
主斜井井筒春节假期停、复工措施 篇4
安全技术措施
矿 别: 苇 子 沟 煤 矿 措称名称: 主斜井井筒春节假期停、复工 安全技术措施
编制单位: 中煤31处苇子沟项目部
编 制 人: ##
编制日期： 2013年1月12日
根据项目部安排，决定春节期间自2013年1月20日早8:00点至2月19日24时主斜井井筒停工放假，预计2013年2月20日早8:00点恢复生产。为加强停产期间的安全管理、杜绝各类事故发生，特制定主斜井井筒停工期间安全技术措施，望各部门严格执行。
一、方案
春节期间涉及的日常管理工作有机电、通风瓦斯检查、抽水、炸药库、井口检身、食堂、锅炉房、地面防火防盗。
1、主副井区和风井区每天各安排一名项目部领导24小时地面值班，负责安排项目部日常工作、及时掌握矿井放假期间各方面的动态，预防和处理全矿井突发事件。
2、井筒每班安排一名瓦斯检查员、一名抽水工。
3、主副井区和风井区风机房每天安排一人值班，负责矿井通风系统24小时不间断供风。
4、机电队每天安排两人负责维持矿井机电系统、设备的正常运行。
5、井口检身房每天安排一人负责对出入井人员进行登记。
6、锅炉房每天安排两人负责24小时向澡堂提供热水及暖气供暖。
7、炸药库每天安排四人负责库房及爆破材料安全。
8、食堂每天安排一人负责全项目部人员的生活。
9、主副井区和风井区各安排6名保卫，负责工业广场的设备、材料等安全。并定期巡回检查项目部所及范围，加强夜间巡逻工作，确保项目部财产安全。
10、春节放假期间，留守管理人员实行24小时值班制度，值班期间严禁脱岗。
11、加强井口管理，确保24小时有人值班，严防外来人员误入井内导致事故发生。
12、当班值班人员（包括地面值班人员）严禁喝酒，项目部将安排人员进行检查，如有违反必须严惩。
二、停产前安全措施
1、停工前由项目部组织调度、安监、技术、生产等部门对主斜井工业广场进行全面检查，对检查的问题下“三定”表，对存在问题和隐患要全部整改、落实，不得将隐患遗留到停产以后，掘进工作面的文明生产、工程质量在停产前达到安全质量标准化要求。
2、停工前机电队要对电气设备严格检查一次，保证机电设备台台完好，对查出的问题及时安排落实处理。
3、停工前机电队要把所有电气设备的断电保护检查试验一次，对保护不灵敏、不可靠的要及时更换，确保灵敏、安全、可靠。
4、停工前要上报留勤人员、单位值班人员名单。
三、停产期间安全措施
1、停工期间，项目部必须安排电工值班，值班电工必须在便于联系的地点待命，如果出现事故，必须立即赶到事故地点进行处理,尽快恢复送电。
2、停产期间所有电气设备（电缆）要带电备用，以防设备受潮。
3、任何人员不得私自停电和私自检修。停送电必须严格执行电业安全规程，严格执行“两票制”；停电、验电、放电、挂接地线等要按照保证安全的技术措施执行，并专人联系停送电，停电开关应挂警示牌，并设专人看护。
4、停工期间，值班人员必须做到现场交接班，班前班后到调度室汇报。
5、停工前安排好工业场地的安全保卫工作。
6、停工前，明确值班人员及巡逻队人员名单。值班人员及巡逻队人员要认真负责，做好保卫工作。
四、复工安全措施
1、预计2月20日早08：00复工。复工前项目部组织安监、技术、调度、生产队队长、技术员、跟班队长等人员对工业广场、生活区等关键部位、重点环节进行安全生产检查，对发现的安全隐患及时定人、定时、定措施进行处理，确保安全生产设施正常运行及安全复工。
2、复工领导小组： 组 长：李利平
副组长：靳至宇、辛培平、张兴昌、孙文生、张俊彪、任晨芳
魏赞军、刘文利
成 员：徐宝林、武 辉、肖 鹏、王立朝、王 洋、张兴宝
烟保旗、张书合、孙家生
3、复工前加强职工的安全培训教育工作，组织全体干部职工认真学习《煤矿安全规程》、《施工作业规程》以及上级部门下发的各类文件。
4、复工前，严格检查停产初期项目部自检问题的整改情况。整改不合格的加大处罚力度，促其尽快整改并向项目部提交报验申请。否则，不允许恢复生产。
5、复工前，复工领导机构小组组织一次对各生产系统的全面验收，并拿出验收意见，合格后方可准许复工。否则，不允许恢复生产。
6、复工前，要提前对职工重新传达贯彻《施工作业规程》及其相关技术文件，并做好记录。
7、机电队在开工前，对所有电气保护进行一次全面检查试验，确保齐全、可靠方可恢复生产。
8、借此次停工时机，开好总结会议，认真总结以往施工过程当中存在的安全管理上的不足之处，吸取好的安全管理经验，以便于更好的作好以后的施工安全管理工作。
12、复工后，严格执行项目部领导带班制度，切实把各项安全管理工作落到实处。
13、经项目部检查具备开工条件后，报监理单位、建设单位共同检查验收后，方准开工。
五、具体要求
1、停工期间，要加强对值班人员、保卫人员的安全管理，上下班及上下井情况及时向调度室及值班领导汇报。
2、停工前、停工期间和恢复生产前检查验收要严格执行谁检查、谁负责的检查验收制度，落实检查责任。
3、施工队要随时掌握职工情绪和思想动态，严禁酒后、有思想情绪、疲劳人员及不放心人员下井和上岗。
4、要严格各级领导24小时不间断的值班制度，全面掌握各种情况，全权协调和处理停工期间存在的问题。
5、要认真组织职工学习安全措施，并有学习记录和个人签字。不懂措施内容的人员不得上岗，安监部门要严格监督检查。
井筒管理评价标准探讨 篇5
普遍的观点认为区块期末平均单井检泵井次较上一年末增加 (减少) , 检泵周期则相应的缩短 (延长) 。在实际检泵周期计算过程中, 我们发现上述观点并不一定成立。通过分析平均单井检泵井次与检泵周期之间是否存在某种对应关系有利于合理评价区块井筒管理水平。
1.1 频繁上修程度对区块检泵周期的影响
1.1.1 区块年内无重复检泵井
假设区块总井数为N, 检泵井数为m, 上一年末检泵周期为0T, 期末检泵周期为T。因油井不可能在某一段时间内集中发生检泵, 修井动力也不可能随时集散, 所以油井检泵的发生在时间上近似均匀分布[1], 则检泵井的平均检泵周期为21×365天, 期末检泵周期为:
由 (1) 式可以得出
将代入 (2) 式可以得出
其中:T——期末区块检泵周期, 天;
T0——原区块检泵周期, 天;
X——检泵井所占的比例;
m——检泵井数, 口。
从公式 (3) 中可以看出, 期末区块检泵周期随着X (0～100%) 的增加而减少0～182.5天。
1.1.2 区块年内存在重复检泵井
假设油井检泵频率为n, 由检泵井时间上均匀分布的规律得出检泵井平均检泵周期为
天 (n为≥2的整数) 。期末区块检泵周期为:
由ⅰ式可以得出:
将x=Nm代入ⅱ式可以得出
从公式ⅲ可以看出当频繁检泵频率一定时, 区块检泵周期随着检泵井所占的比例X (0～100%) 的增加而减少天;当频繁检泵井所占的比例一定时, 区块检泵周期随着检泵频率n (n≥2) 的增加而减少天。
1.2 检泵井所占比例与区块检泵周期变化对应关系
期末检泵周期与上一年检泵周期对比变化量用∆T表示, 公式如下:
结合公式ⅲ、ⅳ可以得出
由ⅴ式可以得出如下关系:
当时, ∆T>0, 即期末检泵周期大于去年检泵周期;
当时, ∆T<0, 即期末检泵周期小于去年检泵周期;
当时, ∆T=0, 即期末检泵周期与去年持平。
1.3 平均单井检泵井次评价井筒管理合理性
对于年内不定期投产不同井数新井的区块来说, 平均单井检泵井次与检泵井数有如下关系:
式中:
k——平均单井检泵井次, 次/口·年;
n——检泵井平均检泵频率;
m——检泵井数, 口;
N0——区块上一年末总井数, 口;
Ni——区块年内新投井数, 口。
从公式Ⅵ可以看出, 当年内无新井投产即Ni=0时, 平均单井检泵井次与总检泵井次n×m成正比;当年内有新井投产, 即Ni>0时, 随着总检泵井次n×m增加, 平均单井检泵井次不一定增加, 而总检泵井次n×m降低, 对应的平均单井检泵井次必定降低。
2 井筒管理评价新标准探讨
2.1 新评价标准评分细则
根据第三部分中得出的用平均单井检泵井次评价某区块的井筒管理水平存在不合理性的结论, 本文提出用检泵井所占的比例和检泵井平均频繁检泵程度并结合检泵周期来进行综合评价, 具体的评分细则如下表1所示:
2.2 新评价标准年初指标制定
年初指标的制定是指标考核的前提, 指标制定的合理与否则影响作业区排名的公平性。本文指标制定方法主要从作业区上一年指标完成情况和全厂指标完成情况考虑来制定下一年的年初目标, 具体方法如下:
(1) 检泵井所占的比例= (区块上一年的检泵井所占比例+全厂上一年的检泵井所占比例) /2;
(2) 平均频繁检泵程度= (区块上一年检泵井平均频繁检泵程度+全厂上一年检泵井平均频繁检泵程度) /2;
(3) 检泵周期:
式中检泵井所占的比例x和检泵平均频繁检泵程度n由第1条和第2条所定。
2.3 新评价标准的合理性验证
对A区、B区用新标准进行指标考核, 排名如下表2所示:
从表2中可以看出该结果真实的反应了作业区的井筒管理水平。用该方法从三个方面综合评价作业区的井筒管理水平, 缩小了非正常因素如某个作业区检泵井刚好发生于长命井或者频繁上修井的影响, 相比“检泵周期”和“平均单井检泵井次”指标评价更全面、更合理。
3 结论与建议
3.1 结论
(1) 当年内所有井检泵井次≤1次/口·年 (不存在重复检泵井) 时, 随着单井检泵井次的增加, 年末区块检泵周期延长365天～182.5天。
(2) 当年内存在检泵井次≥2次/口·年检泵井 (存在重复检泵井) 时, 区块检泵周期的变化只与检泵井所占的比例和检泵频繁程度有关。与平均单井检泵井次无直接对应关系:区块检泵周期不一定随着平均单井检泵井次增加 (降低) 而缩短 (延长) 。
(3) 新的评价方法从检泵周期、检泵井所占的比例和检泵井平均频繁检泵程度三个方面综合考虑, 更能真实的反应作业区的井筒管理水平。
3.2 建议
目标的合理确定是指标考核的前提和基础, 本文只提供了参考方法, 具体设定是可根据作业区实际情况来设定。
参考文献