密度差与水泥浆流变参数耦合的水平井固井顶替规律研究

为了研究水平井套管居中良好条件下的固井顶替过程,针对居中度和密度差耦合作用下的顶替界面形态以及顶替效率进行了数值实验研究,且对顶替速度进行了优选.研究结果表明,在套管居中度大于67％条件下,偏心导致的高边指进现象与密度差导致的低边指进现象相互制约,存在某个最佳密度差节点使得顶替效率最高且界面长度最短,采用较大密度差的顶...     

水平井偏心环空低速顶替运移机制研究

水平井固井顶替过程中,受限于现场设备,难以实现紊流顶替,而在层流流速区间内,两相流体在偏心环空中运移机制复杂。基于计算流体动力学方法,建立几何模型和数值模型,采用流体体积法对两相流体顶替界面进行追踪,研究了不同顶替流速下水平井偏心环空流体运移机制。结果表明,(1)低偏心度下,1倍隔离液用量能够实现90%顶替效率,而当偏心度大于0.5时,顶替效率相对较低,即使增加隔离液用量,也未能提高顶替效率;(2)针对套管严重偏心情况,将流速由1.0m/s降低到0.2m/s,有助于界面平稳发展,并多置换出6.8%钻井液,解决窄边滞留,宽边指进问题;(3)水平井偏心环空固井注替过程存在偏心效应、重力效应、黏滞效应等多方面影响,这些因素相互制约、相互作用,因此,针对现场实际井况,合理设计固井工艺参数,不仅能提高固井质量,还能起到降本增效的作用。     

固井泵关闭过程中的井筒流体流动特性研究

在石油天然气井固井过程中,固井泵关闭过程中由于排量的变化,井筒内的流体流量和压力都会产生一定的波动,势必影响井筒压力安全和环空井壁稳定,因此研究固井泵关闭过程中的井筒流体流动特性十分重要。本文针对该过程中排量瞬时变化导致流体排量和压力波动的问题,将井筒内的流体流动看作一元流体,将管柱看作线弹性体,考虑钻井液与套管的弹性,建立了井筒流体流动控制方程,研究确定了求解方法与边界条件,并开发了相应的计算分析软件。基于实例计算分析了固井泵关闭过程中的井筒流体流动特性。研究结果表明,固井泵瞬时关闭会对井筒压力和环空流量产生不容忽视的波动影响,而随着关泵时间的延长、井深的增大,波动幅度逐渐减小。因此为了保证固井施工安全和防止回流导致水泥浆掺混,优化关泵方式十分重要。本文研究成果也将对于保障固井施工安全和提高固井质量具有一定的指导意义。     

各向异性储层部分射开斜井新表皮模型

为了研究部分射开斜井的增产效果,通过对空间瞬时点汇解进行镜像反演后叠加,得到顶、底边界封闭的无限大板状储层中的点汇解;然后,沿斜井轨迹进行积分得出部分射开斜井的解;最后,通过对压力解进行晚期近似,得到了一种新的部分射开斜井的表皮模型。与前人的斜井及部分射开井表皮分别进行对比,验证了新表皮模型的正确性。结果表明,随着井斜角度与井身长度的增大,表皮因子逐渐减小,且井身长度越长,井斜角度增大产生的增产效果更加明显;储层厚度和渗透率各向异性因子的增大会降低增产效果,且在渗透率各向异性因子较小的储层中,增加井斜角度会使表皮因子明显减小。在各向异性因子较小的储层中,拥有较大倾斜角度和井身长度的部分射开斜直井具有较好的增产效果。     

裂缝性致密储层钻井完井液漏失损害带模拟

裂缝性致密储层钻井完井时,钻井完井液固相及其滤液板易侵入储层,使近井地带渗透率下降,影响油气井产能。以九龙山构造珍珠冲组致密砾岩储层为研究对象,基于双重连续介质模型,建立了钻井完井液在裂缝网络中的径向溶质运移数学模型,通过有限差分法求解,确定了不同时间下距离井筒不同位置的钻井完井液无因次浓度分布剖面,定量评价了钻井完井液的漏失损害程度,并通过压力恢复试井解释以及钻井完井液动态损害评价实验对模拟结果进行了验证。模拟结果表明:钻井完井液的侵入深度随井漏时间的增加而增加;漏失损害带半径约为17 m,表皮系数为7.50,试井解释及室内实验结果同数值模拟结果的相对误差均小于10%,证明了模型的可靠性。     

深部油气井固井水泥冲击破坏中的应变率效应

深部油气井井筒温压环境、应力条件复杂,尤其是多层系开发对于油气井固井水泥环完整性、层间封隔能力以及固井材料控缝止裂能力要求很高。本文在当前油气井常规固井水泥(素水泥)基础之上提出了掺加聚乙烯醇纤维的复合水泥基固井材料。并利用分离式霍普金森压杆试验装置对上述两类油气井固井水泥试样进行冲击加载,采取高速摄影仪记录试样受压形变及破坏全过程。最终对两类固井水泥材料在不同应变率条件下的力学性能、能量耗散及冲击裂缝扩展与破坏特征等进行对比分析,明晰了油气井固井水泥冲击破坏中的应变率效应。研究表明:(1)固井水泥其峰值应力、应变随应变率增加呈升高的趋势;(2)固井水泥能量吸收率随应变率增加而降低,同等条件下聚乙烯醇纤维固井水泥能量吸收效率明显优于常规固井水泥;(3)随着加载应变率增大,固井水泥冲击破碎程度愈严重,其中常规固井水泥破碎程度甚于纤维固井水泥;(4)脆性较高的常规固井水泥试样以劈裂破坏形式为主,塑性较强的纤维固井水泥试样则主要为压碎破坏;(5)聚乙烯醇纤维复合水泥基固井材料通过纤维的协调变形进一步提升材料的能量吸收效率,在射孔冲击中最大程度保障了材料完整性,对于深部油气资源开发中防止层间流体互窜、保障开发层系独立性具有重要意义。     

油井水泥减阻剂SZ的性能

<正> 在石油钻井工程中,固井是重要环节之一。固井是用水泥浆顶替钻井中的泥浆,把水泥浆用泵沿钻井套管向下送至套管底部并上返至套管外环形空间的一定部位,硬结后阻止地层之间流体窜流及固结套管柱。因此,固井质量低劣,将造成不同地层之间的流体窜流,给采油作业带来很大的影响,如水泥浆因流动性差或凝结时间过短而导致在套管中硬结,则将造成更大的损失。     

纳米材料PC-GS13L在固井水泥浆中防气窜性能研究与应用

近年,国内投入开发的高压油藏、超深油藏愈来愈多,此类油藏由于气压高或埋藏深、温度高、储层流体压力高等原因,固井难度大,采用常规类固井材料完井后常出现固井质量不合格,表现为一、二界面固结质量差和存在管外窜槽等。研究开发出一种纳米固井新材料PC-GS13L,实验结果表明,其具有悬浮提切、防窜、增强和耐高温的特点。现场应用表明,纳米材料PC-GS13L的应用是有效解决高温高压气田固井水泥浆防气窜难题的一项新技术。     

提高通38区块固井质量技术措施优化

通38-10块是中石化2013年先导试验项目,是胜利油田开发的重点区块之一,为贯彻油田对通38块的开发部署,一套井网,整体部署,滚动实施,抓好完井工程,确保固井质量。储层敏感性主要是强水敏,要求使用MEG钻井液体系,下入7吋TP110H套管、热采套管头,采用抗高温水泥浆体系固井,水泥上返至井口,注蒸气开采,必须进一步提高二界面固井质量,才能满足开发需要。为此,本文分析了影响固井二界面质量的原因,研究制定了一系列钻井技术措施,力求实现提高通38区块二界面固井质量的目标。     

嵌固深度对圆形工作井应力与变形的影响

利用有限元程序,研究了不同土层条件下顶进过程中嵌固深度的改变对圆形工作井应力和水平位移的影响。     

四川长宁页岩气水平井压裂套管变形实例分析

选择一口典型井作套管变形实例分析。套管变形是在压裂期间发生的,压裂是套管变形的工程原因。套管变形位置接近小断层,邻井套管变形具有剪切特征,表明套管变形是由小断层滑动引起的。利用微地震监测数据和蚂蚁体追踪数据,识别小断层的倾角和倾向,根据地应力和施工压力数据分析该断层的力学活动性,结果表明应力状态满足滑动条件。分析该井固井质量数据、压裂施工曲线和微地震数据的特征,由于固井质量差,压裂时压裂液可能会突破套管和地层之间的间隙,侵入断层,最终激活断层。因此,为了避免套管变形,建议提高固井质量和避开小断层。     

地下洞室地震动态响应规律的影响因素分析

对含节理岩体地下洞室动态响应分析是一个非常复杂的问题,目前研究尚处于探索阶段,基于此应用离散元软件UDEC初步分析了地震荷载作用下,节理倾角、地应力特征以及地震波振幅、频率等因素对含节理岩体地下洞室动态响应的规律。分析结果表明:地震荷载作用下,拱顶位移在节理倾角小于45°时随倾角的增加而增加,大于45°时随倾角的增加而减小,而拱肩均在倾角为60°时位移最大。洞室各验算点位移均随侧压力系数的增加而减小,随地震波振幅的增加而增大。分析结果还表明在低频部分验算点位移随频率的增加而增大,在高频部分随频率的增加而减小。研究思路及结果对含节理岩体地下洞室围岩变形和破坏机制以及抗震工程设计具有指导意义。     

无黏性土斜坡地基承载力模型试验研究

采用缩尺模型试验对砂土斜坡地基的土压力分布、变形机制、破坏模式进行探索,并研究了斜坡坡角、基础尺寸、相对密度、基础形状对斜坡地基破坏形态及极限承载力的影响。结果表明：斜坡地基的破坏模式与Choudhury提出的破坏模式相近,破坏区域由不对称楔体、辐射向剪切区、被动楔体组成。斜坡地基的破坏区域长度随斜坡坡角、基础尺寸的增大而增大,但不随相对密度的变化而变化;而斜坡地基的极限承载力随斜坡坡角的增大而减小,随基础宽度、相对密度的增大而增大。对相同尺寸的基础而言,方形基础下的地基极限承载力和破坏区域长度均大于圆形基础。试验研究成果对斜坡地基变形特征、破坏形态和斜坡地基承载力影响因素的探究具有一定理论参考价值。     

地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析

结合强度折减法的思想,并考虑到地震荷载特征以及离散元法和顺层岩质边坡的特点,提出一种求解地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数的方法。采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面。将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的。在此基础上,利用UDEC初步分析地震荷载作用下坡高、坡度、岩层倾角以及地震波参数包括振幅、频率等因素对顺层岩质边坡安全系数的影响规律。     

Anisotropic surface roughness and shear behaviors of rough-walled plaster joints under constant normal load and constant normal stiffness conditions

In this context,we experimentally studied the anisotropic mechanical behaviors of rough-walled plaster joints using a servo-controlled direct shear apparatus under both constant normal load(CNL)and constant normal stiffness(CNS)conditions.The shear-induced variations in the normal displacement,shear stress,normal stress and sheared-off asperity mass are analyzed and correlated with the inclination angle of the critical waviness of joint surfaces.The results show that CNS condition gives rise to a smaller normal displacement due to the larger normal stress during shearing,compared with CNL condition.Under CNL conditions,there is one peak shear stress during shearing,whereas there are no peak shear stress for some cases and two peaks for other cases under CNS conditions depending on the geometry of joint surfaces.The inclination angle of the critical waviness has been verified to be capable of describing the joint surface roughness and anisotropy.The joint surface is more significantly damaged under CNS conditions than that under CNL conditions.With increment of the inclination angle of the critical waviness,both the normal displaceme nt and shea red-off asperity mass increase,following power law functions;yet the coefficient of deternination under CNL conditions is larger than that under CNS conditions.This is because the CNS condition significantly decreases the inclination angle of the critical waviness during shearing due to the larger degree of asperity degradation.     

苏通大桥气弹模型气动失稳分析

大跨柔性桥梁气弹模型在风荷载作用下会产生明显的竖向、侧向位移和附加攻角。推导气弹模型实测位移修正表达式,对苏通大桥气弹模型高风速时实测位移进行修正,对比分析修正前后差异。绘制了苏通大桥主跨跨中断面、1/4断面和边跨跨中3个典型断面扭转中心的运动轨迹,分析其特点,对苏通大桥气弹模型气动失稳现象进行解释。基于随机搜索方法和随机子空间方法识别得到的模态参数,对苏通大桥气弹模型进行复模态颤振分析。分析结果表明:苏通大桥气弹模型可视为一种非常规索网复合系统,其气动失稳振动表现为保持平衡状态的竖向、侧向和扭转耦合滚动,扭转频率成分在竖弯和侧弯振动中参与很多,而竖弯和侧弯频率成分在其他两种振动中参与很少。     

Experimental Study on the Use of Positive Pressure Ventilation for Fire Service Interventions in Buildings with Staircases

During fire service interventions, positive pressure ventilation (PPV) systems with mobile fans are often used to try and make (or keep) a staircase smoke free and to remove smoke from the fire rooms. The positioning (distance from the door opening) and inclination angle of the fan determine the effect of the PPV fans in the staircase. In the present paper results are discussed of an experimental study, performed at full-scale. Based on different sets of cold experiments, the impact is quantified of: the distance between the fan and the door; the inclination angle of a single fan; and the use of multiple fans. The closer the single fan is put to the door opening, the more effective the PPV becomes. Obviously, there is a trade-off with effectiveness of the fire service intervention, since the fan must not block the door opening. With respect to inclination, it is best to apply an inclination angle of 75° (i.e., an upward tilting of the fan axis by 15°, which is the maximum value tested) for ventilation at ground level with the fan tested. This ensures safety in the case of fire at ground level due to full coverage of the entry door opening, while only a relatively limited loss in PPV effectiveness is observed compared to a horizontal fan (in some cases, the PPV effectiveness is even higher with inclined fan). When the fire room is at a higher floor, an inclination angle of 90° (i.e. horizontal fan axis) can generate a higher average flow velocity, depending on the staircase configuration inside the building. If two fans are used, V-shape positioning is shown to be more effective than a set-up in series or in parallel. A V-shape with inner angle of 60° between the fan axes is more effective than an angle of 90°. If three fans are available, still higher average flow velocities are measured. Positioning two fans outside in V-shape and one fan inside at the bottom of the staircase is more effective than putting the three fans outside, On the other hand, the latter set-up may be required for firefighting tactics.     

塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究

 通过模型试验研究竖直桩与倾斜角度为5°,8°,10°和15°倾斜桩的承载性能,分析倾斜对塑料套管现浇混凝土桩(以下简称TC桩)单桩承载力、桩顶沉降、桩身水平位移、桩身弯矩、桩身轴力及侧摩阻力和端阻比的影响。模型试验结果表明：(1) 当TC桩倾斜度不大于8°时,对承载力和桩顶沉降影响不明显,对于倾斜10°,15°的桩,承载力明显降低;(2) 倾斜桩桩身水平位移和弯矩主要发生于1/3桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增加而增大;(3) 竖直桩及各倾斜桩的侧摩阻力随深度的增加呈先增大后减小的趋势,随着倾角的增大桩极限侧摩阻力的平均值略有增大,侧摩阻分担比较大;(4) 端阻力和端阻比基本随荷载的增加而增加,随倾角的增加而减小。采用Origin软件应用Sigmoidal函数拟合,得出模型桩极限承载力随桩体倾角的计算公式,并根据现场实测数据,给出现场应用时修正系数的取值范围。     

平面应变岩样局部化变形场数值模拟研究

在FLAC^3D的基础上开发了后处理程序，对应变软化岩样的剪切局部化变形场（包括：速度场、应变率场、体积应变率场及位移场）进行了数值模拟研究。考虑扩容效应后，剪切带的倾角和宽度均增加，剪应变率的局部化程度降低。剪切带倾角和宽度的增加对岩样的塑性性质影响正相反。两条共轭剪切带奖岩样分割成具有整体平移特性的4个小块体，每个小块体内部的位移场是比较均匀的，而剪切带附近的位移具有较大的位移梯度。剪切应变率（或应变）局部化区域与体积应变率（或应变）的位置重合，局部化区域就是岩样最终的破坏位置。     

基于土拱效应的墙背非极限主动土压力

根据平移模式下的微元滑裂体水平面上的剪力为零的条件和土拱效应,获得受填土内摩擦角和墙土摩擦角影响的非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数,其中,非极限填土内摩擦角和墙土摩擦角是墙体位移的函数。根据非极限水平微元滑裂体的静力平衡,得到平移模式下考虑土拱效应和位移影响的非极限主动土压力计算式。参数影响分析表明:非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数均随非极限墙土摩擦角的增大而增大;非极限主动土压力系数和非极限主动土压力均随侧向位移比的增大而减小;非极限主动土压力分别随着非极限填土内摩擦角、非极限墙土摩擦角的增大而减小。理论值及试验值的对比结果显示:相较于其他方法,本文方法的非极限主动土压力理论值与试验值吻合更好。