一種預測立筒井筒凍結情況的方法
【專利摘要】一種預測立筒井筒凍結情況的方法，包括以下步驟:(1)測量或查看凍結管的各參數(shù)；(2)確定每天送冷量和推出單根凍結管第n天凍土發(fā)展半徑公式；(3)推出計算凍結交圈時間公式；(4)推出凍土發(fā)展到井幫所需要的凍結天數(shù)N計算公式；(5)推出受單圈孔影響的井幫溫度計算公式；(6)推出受兩個或以上凍結孔影響的井幫溫度的計算公式；(7)確定距離影響系數(shù)ε的數(shù)值；(8)將測量或查看凍結管的各參數(shù)和確定距離影響系數(shù)ε的數(shù)值代入第(5)步中的計算公式中；其中步驟(1)步驟(3)可以放在步驟(8)后。該步驟方法避免了經驗法和工程類比法的苛刻條件，以科學的方式提前獲得數(shù)據(jù)。
【專利說明】
一種預測立筒井筒凍結情況的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及立井井筒領域，尤其涉及一種預測立筒井筒凍結情況的方法。
【背景技術】
[0002] 凍結技術己廣泛應用到立井和隧道等地下工程中，凍結技術就是對未知和復雜的 表土層進仔預先凍結處理。立井工程中表土段采用凍結技術施工通過。近20年來，采用凍結 法施工的立井達到幾百個。比如，當凍結深度超過400米，各國凍結孔的設計難度較大，現(xiàn)有 技術是全凍結段上下同時送冷或停凍，這樣容易造成井幫溫度上下不均勻的情況，從而給 井筒掘砌施工帶來巨大的困難和安全隱患，造成成本浪費和工期延誤。
[0003] 凍結法施工立井井筒，凍結壁溫度場發(fā)展的預測是非常重要的，預測的準確與否 直接影響到井筒掘砌的速度和下一階段的施工安排，隨著凍結深度的不斷增大，凍結施工 中很難做到精細控制和準備把握，在通常情況下是超凍或者過凍，浪費了大量的電力和材 料消耗，同時也給井筒安全掘砌帶來很多不確定的安全隱患，造成凍結立井施工時常發(fā)生 斷管、透水等嚴重工程事故。在總結血的教訓的同時，廣大技術科技人員都在努力研究更加 準確可靠的立井凍結溫度場計算與預測理論，期望能夠更加準確的掌握凍結壁發(fā)展狀況。
[0004] 如果在工程設計方案之前就做好預測工作，可以更好的指導凍結方案設計工作， 從技術源頭抓好掘砌和凍結的協(xié)調關系。保證立井掘砌安全最根本、也是最有效的方法就 是制定一個好的凍結方案，也是避免安全問題的最好的"預防針"。因此，在凍結方案設計完 成后應根據(jù)該方案首先進行預測，再根據(jù)預測的結果進一步優(yōu)化方案，才能最大程度地保 證掘砌的安全、連續(xù)進行。
[0005] 雖然目前施工單位和科研單位都在積極研究凍結計算和模擬技術，其中就包括 了凍結預測技術，但大多都處在完善和實驗階段，有的還一直在使用經驗法，雖然這些技術 對凍結的預測有很大幫助，但有時誤差太大，仍然不能作為可靠的井筒施工依據(jù)。因此，急 需一種準確地獲得凍結情況的預測的方法，其中確定凍結壁交圈時間和井幫溫度的提前預 測是獲得凍結情況的兩個重要的因素，為掘砌施工提供重要指導，及時采取最為合適的措 施，倉il造最優(yōu)的施工條件。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的所要解決的技術問題在于不能用科學的方法提供一種預測立筒井筒的 凍結情況的方法，特別涉及不能準確預測凍結壁交圈時間和井幫溫度，本發(fā)明采用以下技 術方案解決上述技術問題的：
[0007] -種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] (1)測量或查看凍結管的各參數(shù)；
[0009] (2)確定每天送冷量和推出單根凍結管第η天凍土發(fā)展半徑公式；
[0010] (3)推出計算凍結交圈時間公式；
[0011] (4)推出凍土發(fā)展到井幫所需要的凍結天數(shù)Ν計算公式；
[0012] (5)推出受單圈孔影響的井幫溫度計算公式；
[0013] (6)推出受兩個或以上凍結孔影響的井幫溫度的計算公式；
[0014] (7)確定距離影響系數(shù)ε的數(shù)值；
[0015] (8)將測量或查看凍結管的各參數(shù)和確定距離影響系數(shù)ε的數(shù)值代入第(5)步中的 計算公式中；
[0016] 詳細地說，所述的步驟(1)需要測量或查看的參數(shù)分別為:查看鹽水狀態(tài)和凍結管 最大散熱期的鹽水溫度，從而確定凍結管最大散熱系數(shù)Kt、測量凍結管的外徑de、立井處的 土的種類，確定相應的土比熱容m和密度P、該土形成的巖層的溫度擴散系數(shù)α和測量巖層 的原始溫度to、凍結管距井幫的距離R b，統(tǒng)計凍結站前期鹽水溫度沒達到設計值的準備時間 Τι〇
[0017] 詳細地說，所述的步驟(2)中，每天的送冷量一定且為
[0018] 243idehekt,
[0019] 推出單根凍結管第η天凍土發(fā)展半徑，計算公式如下：
[0020]
[0021] 其中he為巖層厚度，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑，m;Kt為凍結 管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · h) ;m為土的比熱容，J/kg · °C ;P為土的密度，kg/m3;t〇為巖層的原 始溫度，°C; η為凍結天數(shù)。
[0022] 詳細地說，所述的步驟(3)中，計算凍結交圈第二時間Τ2的計算公式如下：
[0023]
[0024] 計算凍結交圈時間Τ的計算公式如下：
[0025]
[0026] 其中Ti為統(tǒng)計凍結站前期鹽水溫度沒達到設計值的準備時間；LC為每個層位的最 大成孔間距，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑，m;Kt為凍結管最大散熱系數(shù)， J/(m2 · h);m為土的比熱容，J/kg · °C;P為土的密度，kg/m3;t〇為巖層的原始溫度，°C。
[0027] 詳細地說，所述的步驟(4)中，凍土發(fā)展到井幫所需要的凍結天數(shù)N的計算公式為：
[0028]
[0029]其中Rb為凍結管距井幫的距離，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑， m;Kt為凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · h) ;m為土的比熱容，J/kg · °C ;P為土的密度，kg/m3;t〇 為巖層的原始溫度，°C。
[0030]詳細地說，所述的步驟(5)中，受單圈孔影響的井幫溫度的計算公式為：
[0031]
[0032] 其中Rb為凍結管距井幫的距離，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑， m;Kt為凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · h) ;m為土的比熱容，J/kg · °C ;P為土的密度，kg/m3;t〇 為巖層的原始溫度，°C;n為凍結天數(shù)，該公式中的Rb>500mm，該公式適用于受單圈孔影響的 凍結壁任意點的溫度。
[0033] 詳細地說，所述的步驟(6)中，計算出受兩個或以上凍結孔影響的井幫溫度，計算 公式如下：
[0034]
[0035]其中：Rb為凍結管距井幫的距離，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑， m;Kt為凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · h) ;m為土的比熱容，J/kg · °C ;P為土的密度，kg/m3;t〇 為巖層的原始溫度，°C ;n為凍結天數(shù)，ε為距離影響系數(shù)，該公式中的Rb>500mm。
[0036] 詳細地說，Rn是第η天的凍結壁發(fā)展半徑，Rbmin、Rbmax是測點到最近、最遠凍結管的 距離。單排凍結管rn<Rbmin時，ε取1，雙排孔時ε最小值取0.4,最大值為1。
[0037]詳細地說，所述的步驟(2)之前還包括以下步驟：
[0038] (1)假設原巖溫度從to降到0°C為一個循環(huán)，鹽水和巖層熱能交換可以用如下公式 表不：
[0039]
[0040] 其中he為巖層厚度，m;de為凍結管的外徑，m;Kt為凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · h) ;m為土的比熱容，J/kg · °C ;P為土的密度，kg/m3;t〇為巖層的原始溫度，°C ;
[0041] (2)從上述公式推導出權利要求1中的單根凍結管第一天凍土發(fā)展半徑的公式：
[0042]
[0043] (3)假設第一天發(fā)展半徑，第二天發(fā)展到R2· · ·第η天發(fā)展到Rn;
[0044] 凍結管每天送冷量近似相等，故有：
[0045]
[0046] 式中Q表示凍結管每天的送冷量，At = t〇-〇表示每天發(fā)展的凍結壁的溫度差為常 數(shù)，根據(jù)上式可得到：
[0047] ?]
1 V -L I ^ v j Z v a ? -1
[0048]由上式可得單根凍結管第η天凍土發(fā)展半徑：
[0049]
[0050] 詳細地說，所述的步驟(4)之前還包括以下步驟：
[0051] (1)確定凍結范圍內某點下降溫度，該點第η天溫度下降了
[0052]
[0053] (2)確定凍結第η天后的井幫溫度tb，公式為
[0054]
[0055]本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0056] (1)本發(fā)明所得出的凍結壁溫度場計算公式中只有一兩個主觀參數(shù)，其他全部為 凍土試驗所得到的客觀參數(shù)，大大減少人為主觀所造成的誤差，計算得到的結果與實際結 果非常接近。
[0057] (2)本發(fā)明可以滿足立井凍結施工所需的絕大多數(shù)的工程數(shù)據(jù)。
[0058] (3)本發(fā)明可以優(yōu)化凍結方案，在凍結方案討論過程中，提供可靠的預測數(shù)據(jù)，進 而根據(jù)預測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)方案的缺陷和不足，從而提前改進凍結方案。
【附圖說明】 圖1為本發(fā)明的立井凍結溫度場發(fā)展與分布計算模型圖； 圖2為本發(fā)明的凍結凍結孔布置圖。
【具體實施方式】
[0059]凍結是經過電能將氨或者二氧化碳等材料液化冷卻，和鹽水循環(huán)系統(tǒng)進行熱能交 換，低溫鹽水再和巖層進行熱能交換，從而達到降低巖土溫度的目的，最后形成完整的凍結 壁。
[0060]如附圖1-2所示，圖中，1為凍結管；2區(qū)間范圍為第一天凍結壁發(fā)展位置;3代表的 區(qū)間范圍凍結影響范圍;4的區(qū)間范圍凍結壁計算半徑Rn。
[0061 ]預測立井井筒凍結情況的步驟如下：
[0062]第一步:測量或查看凍結管的各參數(shù)：
[0063] 查看鹽水狀態(tài)和凍結管最大散熱期的鹽水溫度，從而確定凍結管最大散熱系數(shù) Kt、測量凍結管的外徑de，查看立井處的土的種類，確定相應的該土比熱容Μ和密度P，該土 形成的巖層的溫度擴散系數(shù)α和測量巖層的原始溫度to,凍結管距井幫的距離R b，統(tǒng)計凍結 站前期鹽水溫度沒達到設計值的準備時間Tu
[0064] 第二步:獲得凍結管每天的送冷量和推出單根凍結管第η天凍土發(fā)展半徑公式；
[0065] (1)假設原巖溫度從to降到0°C為一個循環(huán)，鹽水和巖層熱能交換可以用如下公式 表不：
[0066]
( 1 )
[0067]其中he為巖層厚度，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑，m;Kt為凍結 管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · h) ;m為土的比熱容，J/kg · °C ;P為土的密度，kg/m3;t〇為巖層的原 始溫度，°C; η為凍結天數(shù)。
[0068] (2)由公式（1)可知凍結管每天送冷量一定且為
[0069] 243idehekt (2)
[0070] (3)從公式(2)可推導出單根凍結管第一天凍土發(fā)展半徑的公式：
[0071]
(3)
[0072] (4)推導出單根凍結管第η天凍土發(fā)展半徑的公式
[0073] 假設第一天發(fā)展半徑Ri，第二天發(fā)展到R2· · ·第η天發(fā)展到Rn;
[0074] 凍結管每天送冷量近似相等，故有：
[0075](4) ^ H-1
[0076]式中Q表示凍結管每天的送冷量，At = t〇-〇表示每天發(fā)展的凍結壁的溫度差為常 數(shù)，根據(jù)上式可得到：
[0077]
[0078] 由（5)式可以推出：
[0079]
[0080]由上式可得單根凍結管第η天凍土發(fā)展半徑： _
(7)
[0082] 凍結壁發(fā)展是從凍結管外壁開始，逐漸向四周發(fā)展，巖土溫度也是從凍結管外壁 開始慢慢降溫，但降溫的幅度與離凍結管距離的遠近有關，離凍結管越遠的地方，溫度下 降的越慢，這是由冷量在凍結管周圍分部不均造成的，絕大多數(shù)冷量被凍結管附近的凍土 吸收了，只有少量冷量擴散到較遠的地方。通過模擬可知，在凍結擴散半徑以內的冷量占總 送冷量的 60%左右，這和土的導熱能力密切相關(導熱能力越大，溫度擴散范圍越大，反之 亦然），也有一小部分冷量擴散到影響范圍以外的地方，還有一部分是地熱影響，被消耗掉 了（這就是為何在凍結立井開機前，要弄清楚周圍地下水流情況和水源井使用情況的原 因），所以凍土擴散半徑計算公式應做相應調整：
[0083]
[0084] 其中:α為溫度擴散系數(shù)，η為凍結天數(shù)。
[0085] 將公式(3)帶入公式(8)中，即單根凍結管第η天凍土發(fā)展半徑的公式為：
[0086]
(9)
[0087] 不同巖層的溫度擴散速度不一樣，且能量損失大小不一樣，故不同巖層溫度擴散 系數(shù)見下表：
[0088]
[0089]表1溫度擴散系數(shù)取值表
[0090]第三步:推出計算凍結交圈時間的公式；
[0091 ]根據(jù)以上分析可知，η為凍結天數(shù)，單個凍結孔凍土發(fā)展速度為Rn，凍結層位的凍 結孔成孔最大間距假設為Lc，顯然凍結壁交圈受此最大間距控制，相鄰凍結孔的凍土相交 后即為凍結交圈，故：
[0092]
[0093] 根據(jù)公式(7)推導出凍結交圈第二時間T2的計算公式：
[0094]
:(11)[0095]取等于號就是交圈時間。即：
(12)
[0096]
[0097] 由于計算式（3)中kt基于鹽水溫度取值是-20度，同時公式（5)也是在假設凍結站 送冷量穩(wěn)定的基礎上，所以根據(jù)以上公式計算出的凍結交圈時間不包括凍結站前期鹽水溫 度沒達到設計值的時間。通常凍結站鹽水溫度從20度降到-20度需要一段時間，鹽水降溫階 段時間為Τι;
[0098] 即凍結交圈時間Τ的計算公式為：
(13)
[0099]
[0100] 第四步:計算凍土發(fā)展到井幫所需要的凍結天數(shù)Ν
[0101] 通過模擬可知，凍結范圍內的某點溫度隨時間變化曲線近似是一個凍結天數(shù)η的 1/2次冪的函數(shù)，第η天溫度下降了 ：
[0102] （14)
[0103] 其中η代表凍結天數(shù)，Ν代表動土發(fā)展到井幫所需要的凍結天數(shù)。
[0104] 故凍結η天后的井幫溫度：
[0105]
(15)
[0106] (16)
[0107] 第五步，推出受單圈孔影響的井幫溫度計算公式：
[0108]
(17.)
[0109] 其中：Rb為凍結管距井幫的距離，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑， m;Kt為凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · h) ;m為土的比熱容，J/kg · °C ;P為土的密度，kg/m3;
[0110] 公式（17)隨著Rb取值不同既可以計算井幫溫度也可以計算凍結壁內任意一點的 溫度，但不適用于Rb<500mm，因為在凍結管500mm左右的范圍內，凍土已不再繼續(xù)降溫了， 可以認為凍結管附近的凍土處于恒溫狀態(tài)，它吸收的熱量全部擴散到恒溫帶以外的地方。 所以公式(17)中要求R b>500mm，并且該公式適用于受單圈孔影響的凍結壁任意點的溫度。
[0111] 第六步:推出受兩個或以上凍結孔影響的井幫溫度的計算公式
[0112] 通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對比分析，公式（17)在計算受單圈孔影響的凍結壁任意一點溫 度時是準確的，而計算兩排凍結孔之間的溫度有較大差異，如主排孔和輔助孔之間的測點。 原因是雙排孔之間，測點同時受兩個或以上凍結孔影響，影響大小受單凍結管凍土發(fā)展半 徑與測點到最近凍結孔的距離比控制，定義為距離影響系數(shù)ε，公式(17)相應修改為：
[0113]
(18)
[0114] 第七步:確定距離影響系數(shù)ε的數(shù)值
[0115]
[0117] 表2:距離影響系數(shù)表
[0118] 表2中匕是第η天的凍結壁發(fā)展半徑，Rbmin、Rbmax是測點到最近、最遠凍結管的距離。 單排凍結管KRbmin時，ε取1，雙排孔時ε最小值取0.4,最大值為1。
[0119] 第八步:將測量或查看凍結管的各參數(shù)和確定的ε的值代入公式（18)中的計算公 式中。
[0120] 具體實施例如下：
[0121] -、計算凍結交圈時間：
[0122] 3個水文孔分別為S1孔、S2孔、S3孔，S1孔、S2孔、S3孔深度分別為92m，153m、338m， 所對應的層位的最大鉆孔間距分別為1.816m，2.026m，2.269m，巖性分別是粘質粉砂、粗砂、 礫石層，統(tǒng)計出S1孔、S2孔、S3孔鹽水降溫階段時間Ti均為9天，。
[0123] 第一步，根據(jù)溫度擴散系數(shù)取值表和S1孔、S2孔、S3孔的巖性特質，α取值分別為 Ο·53、0·58、0·63·
[0124] 測得S1孔鹽水狀態(tài)為層流，凍結管最大散熱期的鹽水溫度零下26/°C;
[0125] 測得S2孔鹽水狀態(tài)為層流，凍結管最大散熱期的鹽水溫度零下28/°C;
[0126] 測得S3孔鹽水狀態(tài)為層流，凍結管最大散熱期的鹽水溫度零下30/°C;
[0127] 根據(jù)表3，Kt取值范圍均為kt= (882000~1080000)J/(m2 · h);
[0128]
[0129] 表3凍結管最大散熱系數(shù)(單位熱流量)Kt參考值
[0130] 測得si層位其他參數(shù)分別為：t〇= 19°C，m= 1200J/kg · °C，P = 2300kg/m3，de = 0.159m,Lc= 1.816m；
[0131] 測得52層位其他參數(shù)分別為：1：() = 2〇.4<€，111=12〇〇]71^.<€，0 = 22〇〇1^/1113，(16 = 0.159m,Lc = 2.026m；
[0132] 測得S3層位其他參數(shù)分別為：t〇 = 25.8°C，m=1200J/kg · °C，P = 2600kg/m3,、de = 0· 159m，Lc = 2.269m;
[0133] 根據(jù)公式（13)可得：
[0134] SI孔的交圈時間：T = 37天；
[0135] S2孔的交圈時間：Τ = 39天；
[0136] S3孔的交圈時間:Τ = 51天。
[0137] 實際的S1孔、S2孔、S3孔的實際交圈時間為35、38、48天。
[0138] 由上式計算出來的交圈時間和水文孔實際冒水時間相差很小。有誤差時間是由于 在測試過程中有參數(shù)的范圍的選擇，該誤差也在正常范圍內。
[0139] 二、計算井幫溫度
[0140] 凍結孔到井幫距離Rb在200m以上為1.5m，200m以下2.1m。根據(jù)凍結孔偏斜實測數(shù) 據(jù)并結合下表2可得相應凍結層位的距離影響系數(shù)ε的取值。
[0141] 根據(jù)公式(18)綜合上述數(shù)據(jù)和表4中參數(shù)確定最后一列井幫溫度。
[0142]
[0143] 表4預測井幫溫度對應表
[0144]
[0145] 表5實測井幫溫度應對表
[0146] 根據(jù)表4和表5的對比，預測的井幫溫度和實際測量的井幫溫度誤差小于1°C，產生 誤差原因是由于測點無法準確定位和環(huán)境溫度的影響所致。
[0147] 所述的步驟(1)和\或步驟(3)可以放在步驟(8)后。
[0148] 以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本 發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明創(chuàng)造 的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，包括W下步驟： (1) 測量或查看凍結管的各參數(shù)； (2) 確定每天送冷量和推出單根凍結管第η天凍±發(fā)展半徑公式； (3) 推出計算凍結交圈時間公式； (4) 推出凍±發(fā)展到井幫所需要的凍結天數(shù)的十算公式； (5) 推出受單圈孔影響的井幫溫度計算公式； (6) 推出受兩個或W上凍結孔影響的井幫溫度的計算公式； (7) 確定距離影響系數(shù)ε的數(shù)值； (8) 將測量或查看凍結管的各參數(shù)和確定距離影響系數(shù)ε的數(shù)值代入第(5)步中的計算 公式中。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，所述的步驟 (1) 需要測量或查看的參數(shù)分別為:查看鹽水狀態(tài)和凍結管最大散熱期的鹽水溫度，從而確 定凍結管最大散熱系數(shù)Kt，測量凍結管的外徑de、立井處的±的種類，確定相應的±比熱容 m和密度0、該±形成的巖層的溫度擴散系數(shù)α和測量巖層的原始溫度to、凍結管距井幫的距 離化，統(tǒng)計凍結站前期鹽水溫度沒達到設計值的準備時間Τι。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，所述的步驟 (2) 中，每天的送冷量一定且為 24JT^dehekt ? 推出單根凍結管第η天凍±發(fā)展半徑，計算公式如下：其中he為巖層厚度，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑，m;Kt為凍結管最 大散熱系數(shù)，J/(m2 · }1);111為±的比熱容，J/kg · °(：;0為±的密度，kg/m3;t日為巖層的原始溫 度，°C;n為凍結天數(shù)。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，所述的步驟 (3) 中，計算凍結交圈第二時間T2的計算公式如下：計算凍結交圈時間T的計算公式如下：其中Τι為統(tǒng)計凍結站前期鹽水溫度沒達到設計值的準備時間；Lc為每個層位的最大成 孔間距，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑，m;Kt為凍結管最大散熱系數(shù)，J/ (1112'}1);111為±的比熱容，J/kg.。0為±的密度，kg/m3;t日為巖層的原始溫度，°C。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，所述的步驟 (4) 中，凍±發(fā)展到井幫所需要的凍結天數(shù)N的計算公式為：其中化為凍結管距井幫的距離，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑，m;Kt為 凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · }1);111為±的比熱容，J/kg · °(：;0為±的密度，kg/m3;t〇為巖層 的原始溫度，C。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，所述的步驟 (5) 中，受單圈孔影響的井幫溫度的計算公式為：其中化為凍結管距井幫的距離，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑，m;Kt為 凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · }1);111為±的比熱容，J/kg · °(：;0為±的密度，kg/m3;t〇為巖層 的原始溫度，°C;n為凍結天數(shù)，該公式中的化巧00mm，該公式適用于受單圈孔影響的凍結壁 任意點的溫度。7. 根據(jù)權利要求1所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，所述的步驟 (6) 中，計算出受兩個或W上凍結孔影響的井幫溫度，計算公式如下：其中：Rb為凍結管距井幫的距離，m;a為巖層的溫度擴散系數(shù);de為凍結管的外徑，m;Kt 為凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · }1);111為±的比熱容，J/kg · °(：;0為±的密度，kg/m3;t日為巖 層的原始溫度，°C ;η為凍結天數(shù)，ε為距離影響系數(shù)，該公式中的化巧00mm。8. 根據(jù)權利要求7所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，Rn是第η天的 凍結壁發(fā)展半徑，Rbmin、Rbmax是測點到最近、最遠凍結管的距離。單排凍結管rn《Rbmin時，ε取 1，雙排孔時ε最小值取0.4,最大值為1。9. 根據(jù)權利要求3所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，所述的步驟 (2)之前還包括W下步驟： (1) 假設原巖溫度從to降到(TC為一個循環(huán)，鹽水和巖層熱能交換可W用如下公式表示：其中he為巖層厚度，m;de為凍結管的外徑，m;Kt為凍結管最大散熱系數(shù)，J/(m2 · h);m為 ±的比熱容，J/kg · °(：;0為±的密度，kg/m3;t〇為巖層的原始溫度，°C; (2) 從上述公式推導出權利要求1中的單根凍結管第一天凍±發(fā)展半徑的公式：(3) 假設第一天發(fā)展半徑化，第二天發(fā)展到R2· ··第η天發(fā)展到Rn; 凍結管每天送冷量近似相等，故有：式中Q表示凍結管每天的送冷量，At = t〇-〇表示每天發(fā)展的凍結壁的溫度差為常數(shù)，根 據(jù)上式可得到：由上式可得單根凍結管第η天凍±發(fā)展半徑：10.根據(jù)權利要求5所述的一種預測立筒井筒凍結情況的方法，其特征在于，所述的步 驟(4)之前還包括W下步驟： (1) 確定凍結范圍內某點下降溫度，該點第η天溫度下降了(2) 確定凍結第η天后的井幫溫度tb，公式為
【文檔編號】G06Q10/04GK105976060SQ201610305516
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】張海驕, 姚直書, 湯江明, 王成博, 常軍, 魏瑋, 楊海若, 李世輝, 謝玉兵
【申請人】淮南礦業(yè)(集團)有限責任公司