厚表土薄基岩钻井井壁拉断机制与防治

"厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理研究" 在淮南矿区的某煤矿副井建设过程中，针对厚表土薄基岩的特殊地质条件，研究了钻井井筒在施工过程中遭受拉伸断裂的机理。文章深入分析了井筒在马头门上方岩层弯曲变形导致的竖向剪切拉应力的影响，建立了相应的力学模型。通过应用最小势能原理和弹性力学理论，计算了井筒的竖向拉应力解析解。 研究表明，井筒马头门上方的岩层由于施工扰动产生弯曲变形，从而产生作用于井筒的竖向剪切拉应力。这种拉应力自下而上逐渐积累，当累积值达到一定程度，与井筒自身重量引起的应力相加，如果超过了钻井井筒的极限抗拉强度，就会在井筒接头处引发首次拉断破坏。随后，随着岩层弯曲变形的加剧，拉断点以上的井筒会继续受到竖向剪切拉应力的作用，发生第二次拉断破坏，可能导致含水层的水砂涌入井筒，引发淹井事故。 马头门周围岩石的稳定性对井筒上部的受力状态有着显著影响，尤其当覆盖的基岩层较薄时，更容易发生井壁拉断。同时，基岩与风化基岩的弹性模量比以及风化基岩与底部含水层弹性模量比对井筒拉断破坏位置的影响相对较小，但对马头门顶部的最大竖向位移有一定影响。 为了防止这类事故的发生，提出了几种有效的工程措施。其中包括对钻井井筒进行竖向受拉的等强设计，设置井筒底部的壁座，以及在马头门至井筒底部基岩段设置1~2道水平隔离缝。此外，地面L型注浆加固马头门附近的软弱围岩也是重要的手段，这些方法有助于完善现有设计规范，保障钻井井筒的安全运行。 关键词：厚表土；薄基岩；钻井井筒；涌水溃砂；剪切拉应力 这项研究对于理解特殊地质条件下钻井井筒的破坏机制和制定相应安全措施具有重要意义，为类似工程提供了理论支持和实践指导。