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富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律研究
富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律研究
摘要：富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律对于斜井冻结支护设计和施工具有重要意义。本文通过分析冻结壁温度场分布的影响因素，建立了相应的数学模型，并应用数值模拟方法进行了研究。研究结果表明，斜井冻结壁温度场受到注冻温度、冻结时间和地层温度等影响，温度梯度随注冻温度和冻结时间的增加而增大，地层温度梯度与注冻温度和冻结时间呈反相关关系。根据研究结果，提出了一些斜井冻结支护设计和施工上的建议。本研究对于加强富水砂层斜井冻结支护技术的应用具有重要的参考价值。
引言：富水砂层是斜井钻探中常见的地层类型，其较高的渗透性和缺乏强固性使得斜井在钻探和油气开采过程中面临较大的风险。为了保证斜井的稳定性和安全性，冻结技术广泛应用于斜井的支护中。冻结技术通过注入冷却剂形成冻结壁，增加周围地层的强度和稳定性。而冻结壁温度场分布规律是冻结支护设计和施工的关键。
1.影响冻结壁温度场分布的因素
1.1注冻温度
注冻温度是指注入冷却剂的温度，直接影响冻结壁的温度分布。较低的注冻温度可以使冻结壁达到较低的温度，从而增强围岩的强度；而较高的注冻温度会使冻结壁温度升高，降低围岩的强度。
1.2冻结时间
冻结时间是指冷却剂在地层中滞留的时间。较长的冻结时间能够使冻结壁的温度更加均匀稳定，增强围岩的稳定性和强度；而较短的冻结时间会导致温度场分布不均匀，影响围岩的融化和强度恢复。
1.3地层温度
地层温度是指未经过冻结处理的地层温度。地层温度的高低直接影响冻结壁的温度场分布。较高的地层温度会使冻结壁温度升高，降低围岩的强度；而较低的地层温度会使冻结壁温度降低，增强围岩的强度。
2.数值模拟方法研究
为了研究富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律，本文采用数值模拟方法进行研究。首先，建立数学模型描述冻结壁温度场分布。模型包括注冻温度、冻结时间和地层温度等参数。然后，利用有限元方法对模型进行数值求解，得到冻结壁温度场的分布图像。
3.结果与讨论
通过数值模拟方法的研究，我们得到了富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律的一些重要结果。首先，温度梯度随注冻温度和冻结时间的增加而增大，说明较低的注冻温度和较长的冻结时间有利于增强围岩的稳定性和强度；而较高的注冻温度和较短的冻结时间会导致温度场分布不均匀，降低围岩的强度。其次，地层温度与温度梯度呈反相关关系，即较高的地层温度会导致温度梯度降低，降低围岩的强度；而较低的地层温度会使温度梯度增大，增强围岩的强度。
4.总结与建议
本研究通过数值模拟方法探讨了富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律。研究表明，注冻温度、冻结时间和地层温度是影响冻结壁温度场分布的关键因素。根据研究结果，建议在斜井冻结支护设计和施工中，选择适宜的注冻温度和冻结时间，结合地层温度，以确保冻结壁温度场分布均匀稳定，增强围岩的稳定性和强度。
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