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地面钻井瓦斯抽采技术是一种高效的瓦斯抽采治理方法,但受到煤层开采的影响,钻井极易发生破坏。目前的地面钻井瓦斯抽采生产套管多采用刚性套管,刚性套管由于局部变形能力有限,在受到岩层的挤压、剪切力之后极易发生断裂造成抽采钻井的报废。本论文采用实验室试验、数值模拟相结合的方法,研究了刚性套管变形区流场的变化规律,分析了剪切变形过程中影响柔性套管剪切变形的因素,主要结论有:采用Fluent数值模拟软件模拟了抽采套管在三种典型变形区域内的流场分布以及局部阻力系数,掌握了套管变形区流场分布及局部阻力系数变化规律:(1)不同变形形式的局部阻力系数对比表明,剪切变形套管的局部阻力系数最大,挤压变形次之,拉伸变形最小。与剪切变形相比,套管挤压变形和拉伸变形区域的局部阻力较小,可以忽略不计;(2)气体在套管拉伸变形区域流动过程中,管壁附近的气体速度方向发生改变,气体在套管挤压和剪切变形区域流动过程中,除气体流速方向改变外,还形成了涡流。研究了套管剪切变形区过流通道的变化以及套管的不同形式、不同外径、不同剪切距离对套管剪切变形的影响,得出以下结论:(1)波纹管发生剪切变性后管壁仍然完整且有较大的过流通道,能够保持抽采通道正常运行。(2)双扣管承受的剪切荷载最大,但其管壁在很小的剪切位移下便发生破坏,不能保证管壁完整性。波纹管能够承受的剪切荷载最小,但其局部变形能力很大,原因是当发生剪切变形时,波纹管管壁沿着轴向伸展增加变形区域长度。(3)套管外径增大,双扣管最大剪切荷载减小,产生原因是双扣管的管壁结构为螺旋结构,在螺旋键宽度相同的情况下,管径越大结构稳定性越小,越容易发生破坏。剪切距离增大,三种类型套管最大剪切载荷对应的剪切位移均增大,说明剪切距离的存在会增加套管的变形能力。采用LS-DYNA显式动力分析有限元程序,研究了不同类型套管在剪切变形过程中应力分布规律,波纹管的不同波纹形式以及材料性能对套管变形的影响,得出的结论有:(1)波纹管波纹高度h增大会增大波纹管的变形能力,波纹宽度T增大会减小套管的变形能力;(2)工程应用当中波纹管的材料可以选取较小的弹性模量,可以增加套管抗剪切变形能力。极限强度可以在300~2000MPa范围内选取较大的作为套管材料。