出砂水平井近井塑性区出砂半径预测研究

基于地层岩石弹塑性变形理论,建立出砂水平井近井塑性区应力分布模型.根据弹性区与塑性区边界应力连续的原理,提出水平井弹塑性区边界即塑性出砂半径的预测模型与方法,分析了出砂水平井近井塑性区应力分布规律及出砂半径的敏感性因素.结果表明:水平井塑性应力分布及出砂半径与原始主应力关系、井周角、井斜方位角、流压等参数有直接关系;塑性出砂半径随井周角的变化规律与原始垂向主应力和最大水平主应力的大小关系有关,当最大水平主应力较大时,井周铅垂方向的出砂半径大于水平方向的出砂半径,即铅垂方向更容易出砂,当垂向主应力较大时则相反;随着井斜方位角变化出砂半径呈周期性变化,在原始水平最大主应力σH大于垂向主应力σv的情况下,井斜方位角为0°和180°时,水平方向出砂半径较大,更容易出砂;井斜方位角为90°和270°时,铅垂方向更容易出砂;由于岩石力学参数及地应力的非均质性分布,水平井出砂半径沿着井身轨迹方向也表现出明显的非均质性.     

井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井地层出砂的影响

结合等效塑性应变准则定量地研究了井眼倾斜角和倾斜方位对裸眼完井砂岩油藏出砂的影响.计算结果表明,在一定的应力和地层条件下,井斜角在0～45°时,随着井斜角的增加,井壁内的塑性应变最大值和塑性区范围都不断增加,出砂的趋势增大;当井斜角在45°～90°时,随着井斜角的增加,井眼内最大塑性应变逐渐减小,出砂趋势减小.井斜角相同,但井眼倾斜方位不同的井,井壁内产生塑性变形的区域不同,塑性变形的程度也不同,从防砂的角度,井眼,尤其水平井眼应该沿原地最小水平主应力方向,或尽可能靠近最小主应力方向.     

基于井周应力作用下气井出砂定量预测

基于气井防砂的重要性,本文以松辽盆地徐家围子气田矿场数据为基础,研究了生产时地应力作用下的地层出砂。在4个假设条件的前提下,从地层应力角度出发,建立了基于井周应力作用下气井出砂预测模型,认为生产时出砂不仅在井壁而是延伸至井周一定范围,即满足塑性破坏条件的出砂半径内的出砂,基于井周应力分布依据岩石破坏准则计算气井出砂半径,根据出砂半径内流体渗流规律计算得出气井在一定产量生产时的出砂量.研究结果表明:在应力分布变化方面,径向有效应力、周向有效应力、轴向有效应力分布随圆周角周期性变化,实际大小与该地原始地应力分布有关.X1井周向有效应力随井周角变化较大,极差为24.49 MPa;径向有效应力极差为1.99 MPa;轴向有效应力极差为6.62 MPa.出砂临界半径与井周应力关系密切,随着距井轴距离的增大,地层应力的综合作用逐渐不能满足岩石破坏准则,岩石不在此地应力作用下发生破碎.X1井出砂半径为0.137 m,可认为大于0.137 m范围的井周岩石不在地层应力作用下破碎出砂.该模型在气井投产初期出砂量的预测效果较好,气井出砂量误差控制在2.6%以内,这说明模型对气藏开采初期的出砂具有较好的预测作用.     

水平井产量与出砂关系的研究

通过对定向井、水平井生产时期的受力分析,讨论了油气层出砂与地层原地应力、地层压力、井斜角、方位角之间的关系。研究表明,对于出砂油层来说,应该控制油井产量以保证油井正常生产。提出了油气井临界井底流压和安全产量的概念,对科学地管理油气井有着一定的现实意义。     

高密度钻井液致地层坍塌机理分析

为研究高密度钻井液导致井壁坍塌的机理,分析了直井的井周应力分布规律,以及径向、周向和垂向应力随钻井液液柱压力的变化规律,得出当提高钻井液密度时,井壁沿水平最大地应力方位易发生剪切破坏;基于井周应力分布特点和Mohr-Coulumb强度准则获得了井壁最大、最小主应力分别是径向、周向应力和垂向、周向应力两种情况下的坍塌压力解析表达式,并通过一口高压井实例分析了井壁坍塌压力随井深的变化规律,证明钻井液密度过高时会导致井壁坍塌.研究结果可为钻井液密度安全窗口的设计提供理论依据.     

塑性应变准则在油井出砂预测中的应用

用塑性应变准则建立了油井出砂预测的有限元力学模型，岩石的屈服应力准则用Drucker-Prager准则。在某油画地层参数下，用该模型得到了不同井筒压差所对应井壁附近的塑性应力、应变变化结果，用这些结果可预测油井出砂情况。根据临界塑性应变，确定了井壁不出砂的临界生产压差，为油井正常生产提供了理论数据。     

斜井坍塌压力计算公式的理论研究

采用经典弹性力学理论,解析斜井井壁上的三向主应力.利用Mohr - Coulomb准则研究井壁岩石发生剪切破坏的条件,建立斜井井壁坍塌压力的求解方程,并给出了垂直井和水平井情形下井壁坍塌压力的解析公式.     

基于三剪统一屈服准则的灰土挤密桩特性分析

以平面应变假设为前提,基于三剪统一屈服准则分析桩周土体应力情况,考虑中间主应力、各参数对塑性区发展及极限荷载的影响,推导出孔壁挤压力与塑性挤密半径的表达式。同时在孔径、深度、粘聚力以及内摩擦角不同的情况下,分析挤压力和塑性挤密半径的关系曲线。结果表明,挤压力相同时,孔径越大,塑性挤密半径越大;深度越大,塑性挤密半径越小。当其他参数及塑性挤密半径一定,粘聚力越大,挤压力越大;而内摩擦角越大,挤压力越小。 更多还原     

岩石软弱面产状对井壁稳定性的影响

在连续介质力学井壁稳定性分析的基础上,采用简化的岩石软弱面地质模型和力学模型,计算分析了岩石软弱面倾角和倾斜方位角改变对直井,斜井井壁稳定性的影响。结果表明：相同作用条件下,岩石软弱面的稳定性明显低于基质岩块的稳定性,当井周围存在裂缝或节理等软弱面时,井壁的稳定性将受到软弱面的影响而明显降低;斜井条件下,井壁失 的位置和失稳的程度与软弱面的产状密切相关;直井条件下,井壁垮塌的方位将可能偏离原地最小水平主应力的方位,而主要取决于岩石软弱面的倾角和倾斜方位角。     

珊瑚礁砂混凝土双轴受压强度试验与应力空间破坏准则

设计了海水拌制的珊瑚礁砂混凝土立方体试件双轴受压力学试验,总结了珊瑚礁砂混凝土破坏形态、抗压强度、破坏准则。结果表明,珊瑚礁砂混凝土试件随着应力比的变化而表现出不同的破坏特征;当双轴加载应力比为α=0.5时混凝土抗压强度最大;当应力比为α=0.25时,主压应变最大;最后建立了双轴受压珊瑚礁砂混凝土的主应力破坏准则。     

地应力和油藏压力对弱胶结砂岩油藏出砂的影响

借助岩石力学的基本理论 ,结合弱胶结油藏的岩石学特征 ,系统地分析了原地应力、生产压差等因素对弱胶结砂岩油藏出砂的影响 ,并对防砂技术和措施进行了讨论。结果表明 :在弱胶结砂岩地层 ,地应力的非均匀性将导致某些方位地层先于其它方位地层剪切屈服、出砂 ,因此 ,对这些方位进行选择性避射将有助于防砂和延长油井开采寿命 ;当井筒内压力保持不变时 ,随着油藏压力衰竭 ,射孔孔眼发生剪切屈服、出砂的可能性增大 ;当地层压力恒定时 ,随着开采压差的增大 ,射孔孔眼发生剪切屈服、出砂的可能性随之增大     

岩石强度和变形真三轴试验研究

为了得到岩石在3向应力条件下的强度及变形特征,通过真三轴试验对岩石强度进行试验研究.结果表明:峰值强度(σ1)随着中间主应力(σ2)的增加有所提高,峰值强度的最大增加量达到65.8%;在中间主应力较低时,岩石呈现出塑性的特征,随着中间主应力的增加,岩石逐渐由塑性向脆性转变.所以岩石破坏不仅取决于最大主应力差(σ1-σ3),而且与中间主应力密切相关.     

疏松砂岩油藏中射孔井的出砂模拟研究

疏松砂岩油藏普遍面临出砂问题,地层应力条件和储层强度是影响出砂最重要的地质条件.分析近井围岩应力分布和射孔孔眼应力分布,进而建立地层出砂预测模型,考虑射孔方位的影响,绘制地层出砂趋势的风险等级划分图版.     

稠油热采井改性纤维复合防砂实验研究

单一的防砂技术在稠油热采井中的应用受到一定限制,为解决热采井防细粉砂,从改善纤维复合防砂技术体系中的基体(树脂涂敷砂)性能入手,以期使纤维复合防砂技术能够用于热采井防砂.通过考察水溶性酚醛树脂、ER树脂粉末、偶联剂、增强剂加量对砂体抗压强度和渗透率的影响,分析了体系中各组分的作用机理.通过室内实验优化了纤维防砂体的配方,研究表明,偶联剂、改性剂、增强剂、ER树脂粉末、水溶性酚醛树脂SR-1、石英砂之间的质量比为(0.15～0.20):3.1:1.5:(2-4):10:100时体系具有较高的防砂强度,并且在350℃下仍能保持在3 MPa左右,较不加入纤维时高30%,渗透率可增加10%左右.     

复杂地质构造对热采水平井弯管段套管应力影响的数值分析

通过复杂地质构造对热采水平井弯管段套管应力影响的数值分析,得出了不同地质构造及筛管悬挂高度对弯管段套管应力影响的基本规律.计算结果表明:筛管悬挂高度越高,套管拉应力越大,且最大拉应力值远小于套管屈服强度;复杂地质构造中薄弱部位,极易产生应力集中现象,套管应力超过了其许用应力值,增加了套管损坏的风险.     

深厚冲积层高强钢筋混凝土井壁破坏机理试验研究

对高强钢筋混凝土井壁结构进行了破坏性试验研究。结果表明：在加载初期,高强钢筋混凝土井壁结构中混凝土应力分布符合弹性厚壁筒的应力分布规律;在临近破坏时,高强钢筋混凝土井壁结构中混凝土的应力都大大超过了混凝土的单轴抗压强度,这是由于井壁结构中混凝土处于复杂应力状态下强度提高所致。另外,高强钢筋混凝土井壁结构破裂时,出现斜向断裂裂纹,环向钢筋沿破坏面发生塑性弯曲,并且其破坏面与最大主应力的夹角约为25°～30°,属压剪破坏。     

半透水边界砂井地基的真空预压固结解

针对砂井地基顶部存在垫层和底部存在下卧层的现状,采用半透水边界来反映它们对砂井地基固结的影响。假定地基变形符合等应变条件,考虑水平向渗透系数沿半径发生变化,建立了上下边界为半透水边界时真空预压砂井地基的固结理论,通过分离变量法获得固结度和沉降的级数解析解答,分析了底部透水系数、顶部透水系数、井阻、渗透系数沿半径分布特性对砂井地基固结度和沉降的影响规律。研究表明,当底部半透水时,最终负孔压和有效应力呈现出沿地基深度衰减的变化规律。当其它条件相同时,底部透水系数越大的地基固结度越大,但最终沉降和径向固结时间因子相同时的固结沉降却越小。当底部边界不透水时,最终沉降不会随着顶部透水系数改变而改变。但当底部边界半透水或完全透水时,最终沉降随着顶部透水系数增大而增大。顶部透水系数越大的地基固结度越大,径向固结时间因子相同时的固结沉降也越大。均匀井阻的大小不会影响负压最终竖向分布特性,也不会改变最终沉降,但会明显降低砂井地基固结度,延长固结完成时间。渗透系数径向分布模式会对砂井地基的固结度产生影响。工况一计算的固结度最大,工况二计算的固结度最小,工况三计算的固结度介于工况一和工况二之间。半透水边界对真空预压砂井地基固结过程的影响规律与堆载预压砂井地基相比存在明显不同。     

双线性随动硬化材料的机械自紧身管残余应力

为计算双线性随动硬化材料模型机械自紧身管的残余应力,基于弹塑性力学理论及一些基本假设,推导出了双线性随动硬化材料模型机械自紧身管的塑性半径、反向屈服半径,以及身管弹塑性卸载和弹性卸载两种情况下的残余应力计算公式.利用这些公式计算了一个模拟管的塑性半径、反向屈服半径和残余应力,结果表明理论值与实验值吻合得良好.     

产层岩石坚固程度判断指标“C”公式及其应用

本文导出了判断垂直井、水平井及任意角度定向斜井井壁岩石坚固程度的判据“Ｃ”公式，并对其影响因素进行了分析，讨论了该判据在完井方法选择中的应用，得到一些有用的结论．     

单井地热供暖关键因素分析

基于地热井内流体的流动换热方程以及岩石的能量方程,研究井直径、岩石导热系数、井深和地温梯度对采出水温度和采热功率的影响. 结果表明：单井采出水温度、采热功率和岩石温度场均随时间衰减,第1、10、20个供暖季对应的平均采热功率分别为755.01、660.02、639.42 kW,上述数据可用于热泵选型. 对于20 a的供暖期,当两井间距为200 m时不会产生热干扰;岩石导热热阻远大于井内对流热阻和井壁导热热阻,降低岩石的导热热阻是提高采热功率的最有效手段;增加井直径和岩石导热系数可以降低岩石导热热阻;岩石导热系数每增加0.5 W/（m·K）,采热功率增加100 kW;增加地温梯度和井深可以增大岩石和流体之间的传热温差,提高采热功率;地温梯度每增加10 K/km,采热功率增加213.54 kW.