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1、地浸套管强度计算与质量检查王海峰苏学斌（核工业第六研究所）摘要本文详细讨论了地浸套管强度计算方法、套管直径的确定、沉砂管和导中器的设计，并介绍了套管下放方法，配管和套管封孔质量检查。关键词：沉砂管导中器配管卜11流测井1套管强度的计算1.1概述与PVC管比较，不锈钢管强度高、阻力损失小，寿命长，使用中不存在强度问题。因此，我们这里主要讨论PVC管的强度计算。PVC管具有重量轻，耐腐蚀，成本低，容易加工等优点，但该类型管材强度低。在不同矿山地质条件下使用PVC管的经验表明，PVC管破裂，断裂是地浸钻孔最常见的故障之一。因而，在设计水文地质钻孔时
2、，应充分考虑PVC管安装及使用时的强度，主要是安装时套管本身承受的拉力和压力。1.2管壁内外压应力计算1.2.1计算方法管壁内外一般皆承受压力，当管内有水存在时，其数值和茅不大，故能基木上互和抵消⑴。仅当孔内压力减少或增加时，孔壁承受外压力较大。地层对管壁的外压力为：P=——vh（1）10（1-卩）式中：P-地层对管壁的外压力，kg/cm2；Y—地层的密度；h—地下水下降距地表最大深度，m；U—侧向压力系数（砂性土0.3,粘性土为0.4）0当P作用于管壁外表而，计算内表而最大压应力为：式中：乐一内表面的最大应力，kg/cm2；口一管内半径,m
3、m；匕一管外半径，mm。1.2.2套管内外应力计算实例再某次地浸采铀条件试验中，经设计抽出井套管规格为®160X15mm,最大水位降深距地而100m,最大注水压力为0.5MPa,地层侧向压力系数为0.4。岩层密度为1.9,管材允许承受的压力为300kg/cm2o据公式(1),(2)计算套管内外压应力为：P=12.67kg/cm2oe=74.56kg/cm2<300kg/cm2经计算表明，所选定的套管在内外压力上完全可满足此试验条件。1.3套管的抗拉力及极限深度计算1.3.1套管拉应力计算在泥浆钻进的深井中，需安装较长的套管及过滤器，由于口重的
4、影响，可能发生断裂现象。因此，钻孔设计时，应详细计算管路强度后，再确定安装套管的极限深度。由于钻孔内泥浆的浮力，使下入套管的重量有所减轻，因此，危险断面所产生的拉应力会因套管下入时的加速度，以及上提吋的阻力影响有所增加。因此，故在套管危险断面上,由于自重所产生的应力，不能超过屈服应力，所以套管安全安装深度为:q(l-—)Ye式中：L—下入套管的氏度，o—口重在管内所产生的应力,kg/cmJ；凡一套管危险断面的面积,kg/cm2；q—每米管材的重量,kg/m；Y—管材的密度;Ym一井内泥浆密度。设计吋述应考虑一定的安全系数，如取2。1.3.2丝
5、扣强度计算当管路重量过人时，除危险断面易发生断裂外，可能因丝扌II的应力不足而折断套管，故述需验算丝扣连接的强度。计算套管接箍脱扣的最大负荷，一般可采用下列公式:小o兀Dt1+——ctg(a+(p)21式中：Q—丝扣最大负荷，kg；D二壯鱼，管丝扣部分的平均直径，为内外径Z和的一半，dl,d2为套管内、外2直径,cm；2丄乞，丝扣凹处的管壁厚度，cm；2ri-套管内半径，cm;r2-套管外半径，cm;1—丝扣的有效长度，cm；a—丝扣面与管材中心线的夹角；(P-管箍与丝扣间的摩擦角。1.3.3套管下入深度的计算实例试验中抽出井所用套管外径为1
6、60mm,内径为130mm,危险断面上套管外径为145mni,套管丝扌II的有效接合长度为70mm,丝扌II面与套管中心线间的夹角为60°,管箍与丝扌
7、
8、间的摩擦角为22°,套管破坏强度为430kg/cm2,釆用安全系数为2.0,每米套管重9.42kg,管材密度为1・3&泥浆密度为1.K套管危险断面上允许的最大安装深度：FoL=三一=7800m>350m2q(l-N)Ye接篩的最大允许负荷Q二12824kg故016OX15mmPVC管丝扣强度允许下入的最大深度：L=1361m>350m通过下如深度和丝扌II拉力校核，设计管路完全符合耍求。2套
9、管直径的选择套管直径基本上依赖于过滤管直径的大小，原则上来讲可不必单独选定。套管直径的选择还与其它因素有关，如抽液设备规格等。在抽注量恒定的情况下，管径小，介质流速大，管路压降大，会增加空压机或潜水泵的动力运行费用。反Z,增大管径，但会增加钻孔施工费及套管成本。因此，必须合理选择套管直径。下面是根据抽注量和允许的最大压力降计算管径的公式:d=式中：d——套管直径，mm；Q——抽注量，m3/h；V液体流速，in/s。地浸采铀套管抽注介质为浸出剂或浸出液，计算管径时抽液量以矿层渗透系数允许的最大量为计算依据。抽注液介质浓度很低，视为水，密度取lO
10、OOkg/m%计算式(1)式中流体流速V在地浸采铀矿山通常取lm/so依公式计算出的管径偏小，在实际选择中还要考虑一定的余地。3沉砂管与导中器3.1沉砂管沉砂管是套
