煤层采动对天然气井水泥环影响规律
王旭东1
武书军1
任玺宁1
张燊2
杨胜利2
翟瑞昊2
马瑜谦2
1.神华新街能源有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯 0172002.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083
摘要：我国多地存在煤与天然气资源赋存压覆情况,传统上煤与天然气开采相互避让、互不影响,不仅极大地降低了生产效率,且造成了资源浪费.为了解决这一难题,以新街煤矿为工程背景,采取留设天然气走廊方式保护天然气井以实现煤与天然气同时开采.水泥环作为保护天然气井套管的保护层,其完整性直接影响套管的稳定.多煤层重复采动条件下所造成的覆岩运移使得水泥环在局部区域损伤,造成套管破裂甚至毁坏导致天然气泄漏.因此研究煤层采动下水泥环应力演化规律、失稳形态及位置尤为重要.制备水泥石标准试件,设置常温与大埋深时不同温度对照组研究水泥石力学强度以及破坏特征.结果表明:高温情况下水泥环抗压强度显著提高,且主要破坏形式为剪切破坏,应重点关注水泥环在采动影响下环身剪切应力峰值强度.数值分析天然气井水泥环在采动影响下环身位移弯曲规律、应力演化特征、塑性区分布区域.结果表明:由于煤层回采形成采空区导致上覆岩层运移,且气井两侧工作面交替开采使水泥环处于向左侧弯曲变形再向中轴回正的过程,导致煤层及顶底板处以及井口处出现扭曲现象,使得剪切应力主要集中于井口以及煤层与顶底板位置,更易出现应力集中导致破坏水泥环的完整性.因此为了保证天然气井套管安全生产,需要在地表以及煤层处水泥环进行加固,保证水泥环的稳定性.
关键词：煤与天然气共采水泥环完整性多煤层重复采动覆岩运移应力演化规律剪切破坏套管加固
分类号：TD82(矿山开采)TE256(钻井工程)
资助基金：国家自然科学基金(51934008)国家自然科学基金(51904304)中央高校基本科研业务费资助项目(2023YQTD02)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 35-45 )
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