检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭学报 2025年第1期50卷 115-131页

作者：程桦谢鲍姚直书荣传新林键安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学安徽省岩土工程智能建造与灾变防控重点实验室安徽合肥230601

针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题,以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象,提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先,基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征,并提出相关量化指标;其... 详细信息

针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题,以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象,提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先,基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征,并提出相关量化指标;其次,对竖井钻机岩渣开展现场预处理,采用图像识别方法进行后处理,统计分析了岩渣几何形貌,并使用类指数分布函数描述其累积分布规律;此后,以皮尔逊系数为相关性评价指标探究了岩渣颗粒分布及矿物成分对滚刀磨损指标的影响,阐明了西部地区钻井法凿井滚刀易磨损致因;最后,基于相关性分析方法,选取若干主要影响参数,使用非线性拟合工具给出了针对不同岩层的滚刀磨损指标预测公式,并提出现场更换滚刀的评估方法。结果表明:钻井法凿井滚刀磨损与岩层地质条件密切相关,不同地层单位进尺消耗滚刀数量依次为:泥质胶结泥性地层>钙质胶结泥、砂互层地层≈钙质、铁质胶结砂性地层>极弱胶结砂性地层,西部钻井法凿井刀盘深磨区易集中于b、c、d刀圈,而中心刀及其附近区域多为浅磨区;岩渣几何形貌统计特征可间接反映不同地层单位进尺滚刀磨损程度,西部地区砂系、泥系地层岩渣粒径分布符合类指数函数,相关系数R 2为0.976~0.997,根据拟合函数得到的岩渣均匀系数与磨损均匀性指标相关性最高,泥性地层及泥、砂互层地层滚刀磨损加剧的原因可归结为岩渣泥化、砂化;以岩渣圆度分布的箱宽、大颗粒占比、均匀系数、岩石磨蚀性指数为滚刀磨损主要表征参数,得到适用于不同地层的滚刀磨损预测模型,与现场实测对比,模型预测成功率达90.9%;提出的滚刀磨损评估方法可为现场提钻换刀决策提供有益参考。

关键词：钻井法凿井岩渣颗粒分布矿物成分滚刀磨损评估方法

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钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律

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煤炭科学技术 2025年

作者：郭龙辉程桦姚直书荣传新林键王宗金安徽理工大学土木建筑学院安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室安徽大学资源与环境工程学院中煤特殊凿井有限责任公司

为了揭示钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律，以陶忽图煤矿北风井φ5m超前钻井为研究背景，基于流体力学相关理论，建立了气举反循环洗井流场的压力数学模型，并给出了钻杆环空、井底和钻杆内部流体压力的理论解析... 详细信息

为了揭示钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律，以陶忽图煤矿北风井φ5m超前钻井为研究背景，基于流体力学相关理论，建立了气举反循环洗井流场的压力数学模型，并给出了钻杆环空、井底和钻杆内部流体压力的理论解析解，其次，采用CFD-DEM方法（计算流体力学与离散单元法耦合），建立了气举反循环多相耦合洗井的数值模型，验证了洗井流场压力模型的正确性，获取了洗井流场流体的运移规律，最后，基于洗井流场的压力数学模型及理论解析解，探究了含气率、泥浆密度、泥浆粘度、岩渣密度和含渣率等因素对洗井流场压力的影响规律。研究结果表明：（1）截锥型钻头水平井底流体的平均径向流速>切向流速>轴向流速；岩渣在井底做“螺旋状下滑-井底积聚-推动和悬浮-吸附和举升”的动态循环运移，在钻杆内液固及液固气段分别以“低流速，高密度”和“高流速，低密度”形式运移。（2）钻杆内流体压力沿井口方向近似呈线性降低趋势，在注气端处，流体压力骤降，钻杆内外压差达到最大；井底流体压力自外向内呈“先小幅降低，后大幅降低”趋势，在井底有效吸附区流体压力降低幅度及速率更大。（3）含气率、泥浆密度与钻杆内外流体压差呈正相关关系，泥浆粘度、岩渣密度、液固及液固气段含渣率则与之呈负相关关系，各因素对钻杆内外流体压差的敏感性可归结为：泥浆密度＞含气率＞岩渣密度＞泥浆粘度＞液固段含渣率＞液固气段含渣率。研究结果可为破解侏罗系地层钻井法凿井气举反循环洗井效率低下技术难题，提供有益理论参考。

关键词：钻井法凿井气举反循环洗井流场压力分布流体运移

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西部地区钻井法凿井新型马头门力学特性研究

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安徽理工大学学报(自然科学版) 2025年第1期45卷 83-91页

作者：姚直书郑定康张辉乔成朱建安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 鄂尔多斯市成达矿业有限公司陶忽图煤矿内蒙古鄂尔多斯017300

目的西部地区钻井井筒深井马头门所处侏罗纪煤系地层岩性松软、强度低,围岩稳定性差。针对钻井井筒马头门常规结构,为改善衬砌及相连钻井井壁极易产生破坏等问题。方法提出一种钻井井筒马头门新型结构形式,新型结构使用沥青制品板将钻... 详细信息

目的西部地区钻井井筒深井马头门所处侏罗纪煤系地层岩性松软、强度低,围岩稳定性差。针对钻井井筒马头门常规结构,为改善衬砌及相连钻井井壁极易产生破坏等问题。方法提出一种钻井井筒马头门新型结构形式,新型结构使用沥青制品板将钻井井壁与马头门衬砌由刚性连接变为弱连接。采用大型计算软件对新型马头门结构和常规马头门结构的位移和应力分布特征进行分析对比,并对比不同厚度沥青板支护效果。结果数值模拟结果揭示了该种新型马头门结构的受力变形机理,与常规结构相比,井壁结构中第一主应力、竖向变形分别减小了67.30%、18.51%;并提出沥青制品板厚度在8~14mm时结构受力效果好。结论采用新型结构后,沥青制品板起到良好的变形调压作用,有效改善了连接处井壁的受力状况。研究结果可为特殊地质条件下马头门的设计施工提供参考。

关键词：钻井法凿井弱胶结软岩深井马头门新型结构数值模拟

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钻井法凿井气-液-固耦合排渣流场及刀盘吸渣口优化

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煤炭学报 2024年第1期49卷 426-441页

作者：程桦郭龙辉姚直书杨光荣传新安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室安徽合肥230601 中煤特殊凿井有限责任公司安徽合肥230001

针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数... 详细信息

针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数值模型,揭示了排渣管内、井底流场的速度及压力分布规律,并基于自研的气举反循环排渣试验装置,采用PIV(粒子图像测速法)测试技术对流场分布的正确性进行验证;提出了优化刀盘吸渣口评判指标和方法,对吸渣口的数量、长径比、面积比、总面积占比进行优化,得到了超前钻头刀盘吸渣口布置的最佳方式和相关参数;讨论了钻头转速、注气量、风管没入比和泥浆黏度等主要因素对排渣流场的影响。研究结果表明:(1)排渣管内流体的运移以轴向流动为主,且途经注气端时,流速发生跳跃式剧增;井底流体的运移主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近;井底流体的水平流动以切向流动为主,径向流动仅在吸渣口两侧较为明显,且远离吸渣口处,径流速度较小易产生岩屑沉积;(2)当刀盘吸渣口数量为2,长径比为0.4,面积比为1,总面积占比为1.94%时,吸渣口的布置方式最佳,且清渣率较现行吸渣口布置方式提高66%;(3)增大钻头转速可显著增强吸渣口的吸附作用,注气量、风管没入比与井底和排渣管内流体的轴向速度均呈正相关关系,低黏、低密度的泥浆易获取高流速,但携岩能力较差。研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣与钻进效率低下技术难题,提供有益的理论参考。

关键词：钻井法凿井气举反循环排渣流场吸渣口优化排渣效率

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孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术研究

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煤炭科学技术 2022年第10期50卷 1-9页

作者：姚直书方玉乔帅星程桦李欣慰王宗金王晨安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境学院安徽合肥230022 中煤特殊凿井集团有限责任公司总工程师办公室安徽合肥230001

为解决西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术难题,开展了充填层作用机理及材料配制研究。首先,以可可盖煤矿中央回风立井为工程背景,利用Comsol Multiphysics数值计算软件进行了围岩、充填层和钻井井壁流固耦合作用分析。计算... 详细信息

为解决西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术难题,开展了充填层作用机理及材料配制研究。首先,以可可盖煤矿中央回风立井为工程背景,利用Comsol Multiphysics数值计算软件进行了围岩、充填层和钻井井壁流固耦合作用分析。计算结果表明:有效应力和孔隙水压力分布曲线呈现出明显的“压降漏斗”型特征(即越靠近井筒中心,两者降低速率越快),且曲线的陡降段位于充填层区域;由此可见,在西部孔隙型含水岩层中,充填层不但具有固井和封水作用,而且还具有减载功能。然后,基于有效应力原理和达西渗流理论,提出充填层材料应具有低渗透性、较高强度和较大比重、微膨胀、不收缩,同时拌合物的流动性好、满足泵送机械化施工要求。综上,提出采用高性能水泥砂浆作为西部地区孔隙型含水岩层钻井井筒壁后充填材料。最后,通过正交试验测定了充填材料的主要物理力学性能,并采用极差分析法研究了粉煤灰与膨胀剂质量掺量对充填材料各因素指标的影响;同时,将比重、三轴抗压强度、渗透系数3者作为其性能的最终评定指标;基于综合平衡法获得水泥、粉煤灰、膨胀剂、水、砂、泵送剂等壁后充填材料的最优配合比为1∶0.286∶0.143∶2.144∶0.443∶0.0143。论文研究结果为西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井的壁后充填提供了工程应用基础。

关键词：孔隙型含水岩层钻井法凿井充填层充填作用材料配制

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深厚表土中钻井法凿井的井壁外载和结构

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中国矿业大学学报 2005年第4期34卷 409-413页

作者：崔广心中国矿业大学建筑工程学院江苏徐州221008

分析了钻井法凿井的井壁外载,特别是近年来研究厚表土层中井壁破裂机理时发现的竖直附加力.在已知外载条件下,研究了两种可行的井壁结构,即以增加井壁整体强度的"抗"型和安装竖向可缩装置的"让"型井壁结构的力学特... 详细信息

分析了钻井法凿井的井壁外载,特别是近年来研究厚表土层中井壁破裂机理时发现的竖直附加力.在已知外载条件下,研究了两种可行的井壁结构,即以增加井壁整体强度的"抗"型和安装竖向可缩装置的"让"型井壁结构的力学特性及适用条件.研究了安装竖向可缩装置井壁的井筒装备应采取的措施.认为当表土深度超过200m时,以安装竖向可缩装置的"让"型井壁结构为好.

关键词：钻井法凿井钻井井壁结构深厚表土井壁外载井壁竖向可缩装置

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钻井法凿井技术的发展和展望——小型钻井试验40周年纪念

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建井技术 2003年第2期24卷 1-6页

作者：张永成刘志强煤炭科学研究总院北京建井研究所北京100013

阐述了煤矿钻井法凿井从1963年小型试验开始到目前为止40年的发展历程,并介绍了钻井工艺、钻井设备、钻井泥浆和井壁结构等方面在煤矿、铜矿、冶金、水电等部门钻井法凿井过程中所取得的技术进步,提出了存在的问题和今后的发展方向。

关键词：钻井技术发展历程问题钻井法凿井

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钻井法凿井泥浆再生调制与废弃处理

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煤炭科学技术 2008年第1期36卷 25-27页

作者：孙建荣北京中煤矿山工程有限公司北京100013

钻井法凿井是通过深厚冲积层最可靠的竖井施工方法。钻井法凿井中泥浆起着非常重要的作用,对泥浆劣化的原因进行了分析,阐述了泥浆再生调制和废弃泥浆处理的方法,并对废弃泥浆处理的发展趋势进行了分析。分析结果表明,应从污染物的产生... 详细信息

钻井法凿井是通过深厚冲积层最可靠的竖井施工方法。钻井法凿井中泥浆起着非常重要的作用,对泥浆劣化的原因进行了分析,阐述了泥浆再生调制和废弃泥浆处理的方法,并对废弃泥浆处理的发展趋势进行了分析。分析结果表明,应从污染物的产生源头治理泥浆污染,对已经产生的污染源应进行无害化处理,以达到最佳环境效益和经济效益,促进钻井法凿井持续发展。

关键词：钻井法凿井泥浆再生调制废弃泥浆处理

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深立井钻井法凿井超高强钢筋RPC井壁力学特性

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采矿与安全工程学报 2024年

作者：姚直书方玉程桦许永杰王佳奇安徽理工大学地下工程教育部工程研究中心安徽理工大学土木建筑学院安徽工程大学建筑工程学院安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室

为解决我国西部地区深立井钻井井筒“一钻（扩）成井”支护难题，提出采用新型超高强钢筋活性粉末混凝土（RPC）井壁结构。首先，基于量纲分析法推导了超高强钢筋RPC井壁结构模拟试验相似准则；搭建了井壁模型三轴加载与测试系统，并以... 详细信息

为解决我国西部地区深立井钻井井筒“一钻（扩）成井”支护难题，提出采用新型超高强钢筋活性粉末混凝土（RPC）井壁结构。首先，基于量纲分析法推导了超高强钢筋RPC井壁结构模拟试验相似准则；搭建了井壁模型三轴加载与测试系统，并以C70高强钢筋混凝土钻井井壁为对照组，开展了标准养护和蒸压养护制度下超高强钢筋RPC井壁结构相似模型试验，研究了该种新型井壁结构的力学特性及破坏特征。结果表明，超高强钢筋RPC井壁结构的混凝土环向应变较C70钢筋混凝土钻井井壁增加了82.97%～119.02%，呈现出典型的延性压剪破坏特征；在外荷载作用下，该种新型井壁结构中RPC的抗压强度提高系数为1.226～1.339。然后，使用Bresler八面体应力理论建立了超高强RPC强度准则和抗压强度提高系数计算公式，并基于量纲理论和回归分析法构建了该种新型井壁的极限承载力计算公式。最后，结合因素定量分析得出，钢筋配筋率对该类新型井壁极限承载力提高贡献有限。在相同条件下，与采用C70高强混凝土相比，采用这种新型超高强RPC140筑壁材料，钻井井壁承载力可提高69.3%、支护深度可增加65.1%。论文研究结果对实现我国西部地区深立井钻井井筒快速施工具有重要的工程应用价值。

关键词：深立井井筒钻井法凿井 RPC 超高强钻井井壁力学特性

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基于破岩比能的钻井法凿井侏罗系岩层可钻性分级方法

引用

采矿与安全工程学报 2024年

作者：程桦王晓云姚直书郭龙辉林键安徽理工大学土木建筑学院安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室

针对西部地区侏罗系泥质胶结岩层钻井法凿井破岩效率低下问题，开展该类岩层可钻性分级方法研究。测试了西部地区典型侏罗系不同岩性完整性系数、贯入度、脆性指数、硬度和磨蚀性指数等可钻性特征参数；分析了岩石的荷载-贯入度曲线变... 详细信息

针对西部地区侏罗系泥质胶结岩层钻井法凿井破岩效率低下问题，开展该类岩层可钻性分级方法研究。测试了西部地区典型侏罗系不同岩性完整性系数、贯入度、脆性指数、硬度和磨蚀性指数等可钻性特征参数；分析了岩石的荷载-贯入度曲线变化规律和破坏形态，以及贯入度与主要可钻性特征参数间的关系，给出了破岩比能SE与地下工程岩体质量指标[BQ]关系式；基于《标准》分级框架，提出了以破岩比能SE和岩石可钻性特征参数作为分级指标的侏罗系岩石可钻性分级方法。研究表明，侏罗系岩石贯入曲线可分为非线性压密阶段、密实核形成和发展阶段、裂隙扩展阶段和峰后破坏四个阶段，且具有显著的塑性破坏特征；破岩比能SE与岩石单轴抗压强度、岩体完整性系数、硬度、磨蚀性指数CAI呈正相关，与脆性指数呈负相关；基于西部矿区某中央回风立井钻井法凿井工程钻进数据，验证了提出的侏罗系岩石可钻性分级方法的有效性和准确性。研究结果可为西部矿区侏罗系岩层钻井法凿井可钻性评估预测，以及类似条件高效钻进技术研究提供有益参考。

关键词：钻井法凿井侏罗系岩层贯入试验比能可钻性

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