煤炭科学技术

作者：王旭东, 武书军, 任玺宁, 张燊, 杨胜利, 翟瑞昊, 马瑜谦,

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,

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。

来源：2025年第7期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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