超深高温高压气井完井含伸缩管测试管柱的应力与变形特征

塔里木盆地MJ4井测试管柱长6 617 m,测试时井底压力为101.63 MPa,完井作业过程中管柱出现了塑性变形问题,迫切需要准确地确定管柱塑性变形究竟发生在完井作业的哪个阶段。为此,采用三维有限元分析方法,结合MJ4井坐封、压裂和试油3个典型的载荷工况,对管柱的变形和轴向应力分布进行了数值计算,总结了含伸缩管的完井测试管柱力学行为计算流程。研究内容主要包括:①提出了具有伸缩管的油管柱系统中伸缩管的伸长与闭合状态的判断依据,并给出了相应的计算原理和计算公式,计算了MJ4井油管柱伸缩管的伸长—闭合状态;②给出了水力锚咬合不良产生的封隔器环空附加压差载荷的分析计算方法,模拟了其对管柱系统变形行为的影响,指出了附加压差载荷对管柱的塑性屈曲变形有着重要的影响;③计算模型引入了侧向屈曲变形的限制,从而间接考虑了接箍刚度对屈曲变形的影响,计算分析了油管柱在各种载荷共同作用下的变形情况,得到的数值结果显示与观察到的变形现象相同。研究结果表明,MJ4井管柱的塑性变形发生在压裂改造施工阶段,各种形式的液体压力载荷及重力载荷是塑性变形的主要原因。结论认为,含伸缩管测试管柱的力学计算模型可作为优化施工和管柱系统结构设计的重要理论工具和分析手段。     

对“准脆性材料单轴拉伸破坏全过程物理模型研究”的讨论

笔者很高兴读到白卫峰先生等的"准脆性材料单轴拉伸破坏全过程物理模型研究"[1](以下简称原文)一文。文章提出了一个由具有回折失稳(也称跃返失稳)特征的应力–应变曲线和一个应变软化特征的应力–应变曲线组成的"双本构物理模型(DCPM)",并以此来模拟混凝土类准脆性材料的破坏现象。文章表明作者进行了大量的研究工作。     

顺北油田碳酸盐岩地层天然裂缝分布及其造山运动力学特征

对顺北油田顺8B区块奥陶系碳酸盐岩的天然裂缝进行研究,总结了研究区内天然裂缝的分组以及碳酸盐岩地层天然裂缝的分布规律。结合损伤和有限元数值模拟技术,开发了损伤模拟碳酸盐岩的模型工具,确定了与天然裂缝发育所对应的造山运动的位移方向及应变量。根据研究区地震波得到的地层构造,结合沉积和造山运动史,分析了石炭系卡拉沙依组—中奥陶统一间房组7个层位的天然裂缝/断层,归纳为5组天然裂缝体系;上奥陶统恰尔巴克组—中奥陶统一间房组储集层中的天然裂缝对应着加里东运动中期Ⅰ幕和加里东运动中期Ⅱ幕的造山运动,主要为贯通的张开裂缝和走滑裂缝/断层;根据地震层位信息,建立三维有限元模型,进行三维损伤有限元数值分析,正演数值计算结果给出了在加里东运动中期造山运动作用下研究区内损伤局部化带表示的天然裂缝/断层的三维空间分布,数值计算结果验证了加里东运动中期应力对奥陶系碳酸盐岩地层挤压的主方向为15°,地层受挤压程度相当于2.4%的应变量。     

复杂结构井钻压值的有限元数值计算

通常,钻井过程中钻杆自重生成的钻杆轴向力即钻压的计算是通过解析方法计算的.由于接触条件复杂,钻杆与井壁及套管接触产生的摩擦力一般通过简化的经验系数计入.随着水平井等复杂结构井的普及,解析方法得到的钻杆轴向力的结果误差逐渐明显,不能满足实际需要.因此,采用三维有限元法计算钻杆自重生成的钻杆轴向力即钻压值.模型采用管单元模拟套管和钻柱,并在钻杆与井壁之间设置专门模拟管-管相互作用的ITT摩擦接触单元,判断钻柱与套管和井壁的接触状态,可以准确计算钻杆全长沿井轴方向的轴向力、轴向摩擦力及其引起的钻压变化.在钻杆全长的整体力学行为的有限元计算中,还可以考虑钻杆的屈曲问题.结果表明:有限元法是正确设计钻压的有效理论工具.该数值结果为正确设计钻杆尺寸、得到理想的钻压值提供成功的例子.     

基于DSCM的混凝土结构变形局部化试验

为了研究混凝土梁试件在四点剪切受力情况下变形局部化的位移场、应变场及其演化过程,采用了单边预制缺口混凝土梁和双边预制缺口混凝土梁两种结构模型.使用CCD摄像机采集了试件加载过程中的散斑场.使用数字散斑相关方法对采集到的散斑场进行了处理分析.结果显示出了混凝土试件在不同时刻的位移场分布和应变场分布,观察到了试件在变形局部化过程中位移场和应变场的演化过程.结果表明：数字散斑相关方法是进行混凝土损伤断裂特性研究的一种有效试验方法,为研究混凝土变形非均匀局部化演化过程及混凝土细观本构参数的取值提供了一种高效的新的试验手段.     

混凝土塑性损伤ABAQUS用户子程序开发

通过ABAQUS软件提供的UMAT子程序将一种新的考虑应力三轴比依赖特性的塑性损伤本构模型植入到现有的ABAQUS软件材料库中,并用UVARM子程序将自定义的损伤变量输出到结果文件.odb中进行结果图形显示.用FORTRAN语言按照ABAQUS规定的用户材料子程序的格式编写子程序,利用接口将两者联系起来.通过混凝土立方体单元单轴受压的算例和混凝土简支梁中心受集中力载荷两个算例,验证了模型和程序的有效性.由于在ABAQUS中增加了一种新的材料本构模型,有效地改进了Abaqus软件的功能.     

梯度依赖的混凝土弹塑性非局部损伤的本构模型

以连续介质力学和不可逆热力学为基础,提出了新的混凝土弹塑性损伤本构模型.在该模型中采用了塑性应变εp、各向同性损伤标量D以及应变梯度(△)ε作为内变量,其中应变梯度反应了损伤的非局部性质,本模型是梯度依赖的非局部损伤模型,严格满足热力学的基本方程.应用梯度依赖弹塑性非局部损伤本构模型得出的结果比已有的混凝土损伤塑性模型更为合理.     

一个钢筋混凝土损伤塑性本构模型及工程应用

以ABAQUS大型程序为平台,采用应变协调假设和强度等效假设,给出了一个描述钢筋混凝土材料与结构损伤塑性分析的本构模型。这里的钢筋强化特性是通过定义强化了的拉伸塑性应力-应变曲线来实现的。模型中的钢筋不再以独立的金属材料形式出现,而是被等效钢筋混凝土代表体元模型包含进去了,用拉伸应力-应变曲线峰值后区的硬化-软化强度曲线直接定义强化功能。这个模型着重对ABAQUS软件中给出的损伤塑性模型的拉伸强化-软化阶段的特性进行了完善。采用试件受单向拉伸和简支梁受集中力载荷两个简单算例说明了模型的有效性。最后该研究将这个模型用于一个受地表堆积载荷、土压力和地下水压力联合作用下的钢筋混凝土墙体结构的ABAQUS有限元损伤塑性数值分析中。     

钻井液密度窗口下限的三维数值计算格式

为了得到准确的安全泥浆窗口,结合有限单元法提出了用于计算钻井液密度窗口下限三维数值解的数值计算格式.计算包含了井孔轨迹全长的油田区块整体模型的应力场,利用有限元子模型技术逐点计算井孔轨迹上关键点的泥浆窗口下限值.在数值求解过程中,施加足够泥浆压力保持井孔围岩处于弹性状态,并施加反向载荷形成实际卸载,逐步试算求出泥浆窗口的下限值.利用一个包含直井段和90°转角圆弧段井孔轨迹的简单井孔模型,计算了沿井轴全长各处不同井孔倾角对应的泥浆窗口下限值数值解,并把该数值解和利用经典解析解取得的结果作了比较,证明了算法的有效性.     

露天矿边坡及地表变形综合整治总体设计有限元计算

本文采用弹脆塑性有限元分析计算预测抚顺西露天矿边坡工程中的边坡岩体变形并模拟其治理措施。采用参数辨识的手段，结合弹脆塑性有限元分析程序，对边坡岩体的材料性能参数进行位移反分析，较准确地得到实际边坡结构的等效材料参数值。对１９８７年９月至１９９０年末期间开采过程的数值模拟再现了由于露天开采引起边坡与地表变形急剧增加的过程，对产生的原因给出了具有说服力的分析与论证。在此基础上，对边坡与地表在进一步的开采影响下可能产生的变形作了预测计算，并模拟了边坡整治措施对地表变形的影响。