地浸套管強(qiáng)度計(jì)算與質(zhì)量檢查

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1、地浸套管強(qiáng)度計(jì)算與質(zhì)量檢查王海峰蘇學(xué)斌（核工業(yè)第六研究所）摘要本文詳細(xì)討論了地浸套管強(qiáng)度計(jì)算方法、套管直徑的確定、沉砂管和導(dǎo)中器的設(shè)計(jì)，并介紹了套管下放方法，配管和套管封孔質(zhì)量檢查。關(guān)鍵詞：沉砂管導(dǎo)中器配管卜11流測井1套管強(qiáng)度的計(jì)算1.1概述與PVC管比較，不銹鋼管強(qiáng)度高、阻力損失小，壽命長，使用中不存在強(qiáng)度問題。因此，我們這里主要討論P(yáng)VC管的強(qiáng)度計(jì)算。PVC管具有重量輕，耐腐蝕，成本低，容易加工等優(yōu)點(diǎn)，但該類型管材強(qiáng)度低。在不同礦山地質(zhì)條件下使用PVC管的經(jīng)驗(yàn)表明，PVC管破裂，斷裂是地浸鉆孔最常見的故障之一。因而，在設(shè)計(jì)水文地質(zhì)鉆孔時(shí)

2、，應(yīng)充分考慮PVC管安裝及使用時(shí)的強(qiáng)度，主要是安裝時(shí)套管本身承受的拉力和壓力。1.2管壁內(nèi)外壓應(yīng)力計(jì)算1.2.1計(jì)算方法管壁內(nèi)外一般皆承受壓力，當(dāng)管內(nèi)有水存在時(shí)，其數(shù)值和茅不大，故能基木上互和抵消⑴。僅當(dāng)孔內(nèi)壓力減少或增加時(shí)，孔壁承受外壓力較大。地層對(duì)管壁的外壓力為：P=——vh（1）10（1-卩）式中：P-地層對(duì)管壁的外壓力，kg/cm2；Y—地層的密度；h—地下水下降距地表最大深度，m；U—側(cè)向壓力系數(shù)（砂性土0.3,粘性土為0.4）0當(dāng)P作用于管壁外表而，計(jì)算內(nèi)表而最大壓應(yīng)力為：式中：樂一內(nèi)表面的最大應(yīng)力，kg/cm2；口一管內(nèi)半徑,m

3、m；匕一管外半徑，mm。1.2.2套管內(nèi)外應(yīng)力計(jì)算實(shí)例再某次地浸采鈾條件試驗(yàn)中，經(jīng)設(shè)計(jì)抽出井套管規(guī)格為?160X15mm,最大水位降深距地而100m,最大注水壓力為0.5MPa,地層側(cè)向壓力系數(shù)為0.4。巖層密度為1.9,管材允許承受的壓力為300kg/cm2o據(jù)公式(1),(2)計(jì)算套管內(nèi)外壓應(yīng)力為：P=12.67kg/cm2oe=74.56kg/cm2<300kg/cm2經(jīng)計(jì)算表明，所選定的套管在內(nèi)外壓力上完全可滿足此試驗(yàn)條件。1.3套管的抗拉力及極限深度計(jì)算1.3.1套管拉應(yīng)力計(jì)算在泥漿鉆進(jìn)的深井中，需安裝較長的套管及過濾器，由于口重的

4、影響，可能發(fā)生斷裂現(xiàn)象。因此，鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)詳細(xì)計(jì)算管路強(qiáng)度后，再確定安裝套管的極限深度。由于鉆孔內(nèi)泥漿的浮力，使下入套管的重量有所減輕，因此，危險(xiǎn)斷面所產(chǎn)生的拉應(yīng)力會(huì)因套管下入時(shí)的加速度，以及上提吋的阻力影響有所增加。因此，故在套管危險(xiǎn)斷面上,由于自重所產(chǎn)生的應(yīng)力，不能超過屈服應(yīng)力，所以套管安全安裝深度為:q(l-—)Ye式中：L—下入套管的氏度，o—口重在管內(nèi)所產(chǎn)生的應(yīng)力,kg/cmJ；凡一套管危險(xiǎn)斷面的面積,kg/cm2；q—每米管材的重量,kg/m；Y—管材的密度;Ym一井內(nèi)泥漿密度。設(shè)計(jì)吋述應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)，如取2。1.3.2絲

5、扣強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)管路重量過人時(shí)，除危險(xiǎn)斷面易發(fā)生斷裂外，可能因絲扌II的應(yīng)力不足而折斷套管，故述需驗(yàn)算絲扣連接的強(qiáng)度。計(jì)算套管接箍脫扣的最大負(fù)荷，一般可采用下列公式:小o兀Dt1+——ctg(a+(p)21式中：Q—絲扣最大負(fù)荷，kg；D二壯魚，管絲扣部分的平均直徑，為內(nèi)外徑Z和的一半，dl,d2為套管內(nèi)、外2直徑,cm；2丄乞，絲扣凹處的管壁厚度，cm；2ri-套管內(nèi)半徑，cm;r2-套管外半徑，cm;1—絲扣的有效長度，cm；a—絲扣面與管材中心線的夾角；(P-管箍與絲扣間的摩擦角。1.3.3套管下入深度的計(jì)算實(shí)例試驗(yàn)中抽出井所用套管外徑為1

6、60mm,內(nèi)徑為130mm,危險(xiǎn)斷面上套管外徑為145mni,套管絲扌II的有效接合長度為70mm,絲扌II面與套管中心線間的夾角為60°,管箍與絲扌

7、

8、間的摩擦角為22°,套管破壞強(qiáng)度為430kg/cm2,釆用安全系數(shù)為2.0,每米套管重9.42kg,管材密度為1?3&泥漿密度為1.K套管危險(xiǎn)斷面上允許的最大安裝深度：FoL=三一=7800m>350m2q(l-N)Ye接篩的最大允許負(fù)荷Q二12824kg故016OX15mmPVC管絲扣強(qiáng)度允許下入的最大深度：L=1361m>350m通過下如深度和絲扌II拉力校核，設(shè)計(jì)管路完全符合耍求。2套

9、管直徑的選擇套管直徑基本上依賴于過濾管直徑的大小，原則上來講可不必單獨(dú)選定。套管直徑的選擇還與其它因素有關(guān)，如抽液設(shè)備規(guī)格等。在抽注量恒定的情況下，管徑小，介質(zhì)流速大，管路壓降大，會(huì)增加空壓機(jī)或潛水泵的動(dòng)力運(yùn)行費(fèi)用。反Z,增大管徑，但會(huì)增加鉆孔施工費(fèi)及套管成本。因此，必須合理選擇套管直徑。下面是根據(jù)抽注量和允許的最大壓力降計(jì)算管徑的公式:d=式中：d——套管直徑，mm；Q——抽注量，m3/h；V液體流速，in/s。地浸采鈾套管抽注介質(zhì)為浸出劑或浸出液，計(jì)算管徑時(shí)抽液量以礦層滲透系數(shù)允許的最大量為計(jì)算依據(jù)。抽注液介質(zhì)濃度很低，視為水，密度取lO

10、OOkg/m%計(jì)算式(1)式中流體流速V在地浸采鈾礦山通常取lm/so依公式計(jì)算出的管徑偏小，在實(shí)際選擇中還要考慮一定的余地。3沉砂管與導(dǎo)中器3.1沉砂管沉砂管是套