基于热固耦合的套管缺陷参数对其强度影响分析

针对高温高压热采井套管失效概率高的问题,建立了含缺陷套管、水泥环和地层耦合系统有限元模型。将温度场与结构场耦合,并考虑套管强度降低,利用CAE技术计算了完整套管及缺陷套管的Von Mises应力、变形位移和塑性变形。计算得出在缺陷深度、缺陷环向开度、缺陷数量和缺陷环向分布4个结构参数中,套管缺陷深度和环向开度为影响套管强度的最敏感性参数,进行套管安全评定时建议将缺陷深度和缺陷环向开度作为缺陷最敏感性参数。研究结果可为套管安全评定奠定基础,并为揭示套管失效机理提供依据,对预防套损具有指导意义。     

高压挠性管板与刚性管板热固耦合受力研究

管板是换热器的重要零部件,具有锻件尺寸大、机械加工难度大的特点。本文根据刚性管板理论和挠性管板理论对该零部件进行了研究,针对管壳程高压、高温操作条件,采用有限元分析方法,分析了刚性管板和挠性管板在不同操作工况下的受力状况,结果表明,挠性管板的受力情况和经济性均比刚性管板要好。     

异形PDC切削齿破碎塑性泥岩热固耦合数值模拟研究

中国南海莺琼盆地存在大量高温高压塑性泥岩地层,面临PDC钻齿难以吃入岩层、钻井速度慢的难题,开展该岩层破岩机理研究对于提高钻井速度有重要意义。本文通过离散单元法建立了由平行粘结颗粒组成的岩样二维、三维热固耦合数值模型,并标定了模型细观参数,开展了不同温度下圆柱形齿、楔形齿、屋脊齿和尖圆齿切削塑性泥岩的数值模拟研究。研究结果表明：随着楔形齿侵入时间增加,泥岩损伤区域增大,且径向裂纹向下扩展一定范围后停止扩展,岩石表现为塑性破碎;温度升高对楔形齿侵入岩石产生的径向裂纹和侧向裂纹扩展具有抑制作用;高温环境下,尖圆齿破岩效果明显好于屋脊齿和圆柱齿。现场应用结果表明,相同工况下尖圆齿PDC钻头机械钻速明显高于邻井圆柱齿PDC钻头,与数值模拟结果一致。本文研究成果可为南海高温高压储层破岩提速钻头优化提供理论依据。     

油气藏热—流—固耦合理论的研究进展

油气藏开发中地层压力和地层温度的改变导致储层岩石力学性质变化,造成岩石变形,进而影响到流体渗流,温度变化、岩石变形和流体渗流同时发生且三者间存在着耦合关系,因此研究热—流—固耦合作用对于油气藏开发至关重要.从油气藏热—流—固耦合的数学模型、数值模拟及工程应用等方面进行阐述,系统总结了热—流—固耦合理论及其在油气藏领域的...     

某车载固压设备车架结构强度及模态分析

车载固压设备在道路行驶以及工作时主要承受弯曲、扭转、纵向及侧向等类型的载荷,为验证其车架强度及动态特性,对其进行了结构强度和模态分析。首先建立该车架三维模型,然后导入ANSYS中,建立有限元模型;最后对其进行模态分析及4种典型工况(满载弯曲、满载扭转、紧急制动和紧急转弯工况)下的强度分析。研究结果表明:自由模态下车架前12阶固有频率在48 Hz内,车架无共振现象,但约束模态下频率有所增加;车架在紧急转弯工况下应力最大,为213 MPa,低于车架屈服极限,满足车架结构设计要求。研究结果为车架响应分析提供了重要模态参数,为车载固压设备的结构设计提供了参考。     

力-热耦合作用下套管应力瞬态变化研究

页岩气井压裂压力高、排量大、时间长,力-热耦合作用明显,力-热耦合作用下套管瞬态应力变化研究较少。基于页岩气水平井压裂工程实际,利用热流固耦合数值算法,对压裂过程中套管温度瞬态变化及力-热耦合作用下套管应力瞬态变化进行计算。计算结果表明:压裂过程中,套管温度迅速降低至近恒值温度T_(min),压裂结束后缓慢回升;温度瞬态变化与排量存在显著关系,排量越大,T_(min)越低;力-热耦合作用下,套管瞬态最大应力先升高后降低,最高值出现在压裂初期;套管瞬态应力变化与排量存在显著关系,排量越大,最大应力值越高,套损风险越大。研究结果可为页岩气水平井压裂过程中套损问题影响因素分析提供参考和借鉴。     

抗高温蒸汽吞吐固井水泥浆体系研究

热采井、稠油井固井水泥浆一般使用加砂水泥浆,且一般是在110-250℃下研究其水泥石抗压强度。室内研究结果表明,110和250℃为原浆水泥石强度衰退的2个临界温度点,温度越高,强度衰退幅度越大,且衰退速度越快,超过300C后,养护3d的水泥石强度低至3MPa。通过在280-320℃下研究抗压强度的变化情况,对水泥浆外加剂和外加材料特别是硅砂粒径和掺量进行了优选,开发出了满足稠油井固井施Z-综合性能的水泥浆,该水泥浆选用取D80为0．090mm的硅砂,其适宜加量为47%,选用（6％～8％）微硅和（O．7％～O．8％）珍珠岩作悬浮稳定剂,选用了降失水剂LT-2、分散剂SXY和早强剂CK21,其在350℃、21MPa下养护72h的水泥石强度不低于14MPa,且无渗透现象。表明该水泥浆在320℃高温蒸汽冲击力下能保持高强度,对开发蒸汽吞吐稠油井具有极其重要的意义。     

ZH凹陷硬脆性裂缝油页岩地层坍塌压力研究

硬脆性裂缝油页岩地层钻进易发生井壁坍塌,严重制约页岩油气有效开发.考虑化学势差、水力压差和裂缝渗流对近井带地层压力的影响,建立页岩井周应力分布模型,基于页岩地层裂缝面产状,构建了任一裂缝面产状下剪应力与正应力计算模型,并以裂缝面上剪应力大于摩擦力为含裂缝面页岩地层的破坏准则,形成了含裂缝面页岩地层的流-固-化-热井壁稳...     

基于热——流—固耦合的多分支径向井地热开发模型及其取热效果分析

多分支径向井地热开发取热系统是开采地热资源的一种新方法,具有单井注采一体、换热面积大、沟通能力强等优势,其中布井参数和储层条件是影响其取热效果的关键因素。为此,建立了基于热—流—固多物理场耦合的单主井筒多分支径向井传热模型并验证了模型的准确性,对比了直井与多分支径向井的取热效果,研究了布井参数、天然裂缝缝长等因素对系统取热效果的影响。研究结果表明：(1)在取热过程中岩石发生收缩变形,裂缝渗透率显著提高,但促进了冷锋入侵现象,进而加剧了热突破,缩短了系统的取热寿命;(2)增加分支井数量,可增大水平方向的取热区域,沟通更多天然裂缝,保持较高的取热温度和取热功率,其中6分支井为最优井数,最优取热总量为7.37×1015 J;(3)分支径向井越长,储层降温越慢,平均每增加1 m,生产温度升高0.16℃;(4)增大井间距,能延缓热突破,提高系统取热效率,延长高温取热时间,最优井间距为350 m,年取热功率为8.28 MW;(5)系统取热功率随着天然裂缝缝长的增加而降低。结论认为：(1)相较于直井,多分支径向井能沟通更大体积的高温储层,能获得较高的取热功率和取热总量,在30年取热时间里,热储采出程...     

新型热耦合反应精馏应用于乙酸甲酯水解的研究

A different pressure thermally coupled reactive distillation column(DPT-RD) for the hydrolysis of methyl acetate(Me Ac) is developed, and its design and optimization procedures are investigated. The sensitivity analysis is carried out to minimize the energy consumption, which is associated with the total annual cost(TAC). The influence of the proposed DPTRD scheme on energy consumption and economic efficiency are evaluated in comparison with the conventional reactive distillation column(CRD). Both the DPT-RD and CRD are simulated with the Aspen Plus?, and it can be observed that for the DPT-RD the energy consumption and the TAC are reduced, and the thermodynamic efficiency is increased as compared with the CRD process.     

几种新型隔热耐磨衬里组合料的施工要领

根据80万t／a重油催化裂化装置衬里的施工，介绍了高耐磨、耐磨、隔热耐磨、隔热、高热阻等五大类共10种衬里材料的施工要领以及材料成分、性能、生产厂家、包装规格等。     

基于ISO 13679热循环试验要求的 套管特殊螺纹强度分析

依照ISO 13679《套管和油管接头试验程序推荐作法》CAL Ⅲ C系热循环试验程序,采用Abaqus有限元分析软件,对JIP ø177.8 mm×10.36 mm规格P110钢级新型套管特殊螺纹的强度进行分析评价。考虑接触问题计算的非线性,建立了套管特殊螺纹热力耦合有限元模型,对接头的C系加载路径进行了简化,计算了接头在10个阶段的应力场与温度场耦合作用下的热应力。结果显示:随着温度由低温到高温的变化,特殊螺纹部分螺牙、接箍中面等塑性变形加大; 而局部由于高、低温反复作用可能会产生组织的变化,使先前本应屈服的区域强度反而提高,但特殊螺纹整体上在C系加载完成后仍能保持结构完整; 高温状态,材料的屈服强度降低,其变形更多的处于弹性变形阶段,室温状态时特殊螺纹的关键部位发生屈服的可能性更大。通过计算机仿真评价方法,按照ISO 13679的试验内容和程序对特殊螺纹进行评价,可以大幅节约时间与经济成本,可在一定程度上代替接头的实物评价。     

不同预紧力时隔水管涡激振动特性三维数值模拟研究

涡激振动是导致隔水管疲劳损坏甚至断裂的主要诱因,它会影响海洋作业,甚至会造成严重的工程和海洋环境事故.通过流体场、固体场求解器的耦合求解完成了隔水管涡激振动的三维数值模拟,模拟结果与实验结果吻合良好,同时进行振型分析解释了多阶振动模态的现象.探讨了不同预紧力时的涡激振动特性,结果表明预紧力增大,隔水管振动幅度减小,可激发的模态阶数降低,体现出预紧力对涡激振动的抑制效果.     

聚合物驱数值模拟参数敏感性研究

聚合物驱数值模拟技术是指导聚合物驱方案实施的重要手段,由于聚合物驱数值模拟参数的不确定性,导致聚合物驱历史拟合难度加大。基于室内聚合物岩心驱替实验结果,应用岩心驱替数值模拟方法拟合含水率与采收率曲线,确定聚合物驱数值模拟参数,进而得到了比较可靠的岩心数值模型。在此基础上,分别分析了聚合物溶液粘度、不可及孔隙体积、残余阻力系数和聚合物吸附量等数值模拟参数对含水率曲线以及采收率曲线的影响,并引入敏感系数评价了含水率下降幅度以及采收率增加幅度对各参数的敏感性。结果表明,采收率增加幅度和含水率下降幅度对不同参数的敏感程度顺序保持一致,敏感性从强到弱依次为聚合物吸附量、聚合物溶液粘度、残余阻力系数、不可及孔隙体积。     

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置与压力传递实验新技术

建立了压力传递实验技术以及泥页岩极低渗透率、半透膜效率计算模型,得到了压力传递技术测定泥页岩渗透率和半透膜效率的计算公式,研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)。定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩-水基钻井液体系半透膜效率,证明了极低渗透率泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,且半透膜效率与无机盐种类有关,泥页岩渗透率和半透膜效率可以通过物理-化学的方法得以改善。压力传递实验技术的建立为深入开展泥页岩井壁化学-力学耦合作用机理研究以及高效防塌水基钻井液体系的研制,提供了一种先进的实验研究手段。     

裂缝性油藏渗流特征及驱替机理数值模拟研究

通过双重介质数值模拟,详细研究了裂缝性油藏的渗流特征与驱替机理,并对开发效果的影响进行了敏感性分析。结果表明:岩石应力敏感性是制定裂缝性油藏开发策略的关键,它决定着开发方式、油藏压力保持能力及基质系统与裂缝系统采收率;基质系统与裂缝系统间的窜流作用在边底水能量充足或人工注水保压开发情况下很难发生,仅在降压开发过程中显现;对于基质系统,毛管压力渗析作用是最主要的渗流特征及驱替机理,采收率可达4%以上;对于裂缝系统,油水流动近似管流,采收率可达75%以上;重力作用在裂缝性油藏开发过程中虽客观存在,但作用较微弱。基质系统与裂缝系统油水相渗曲线形态的选取仅影响油水两相渗流能力,对采收率影响很小。     

三江盆地地史模拟及其地质意义研究

利用盆地数值模拟技术恢复了三江盆地地史演化过程.研究表明,三江盆地绥滨坳陷沉降开始较早,滴道组-穆棱组时期,盆地经历一次大规模的沉降-抬升过程;前进坳陷沉降开始较晚,从海浪组时期到富锦组沉积前,是盆地形成、发展的主要时期;三江盆地与松辽盆地北部的沉降趋势基本一致,其差异性主要表现在断陷作用后构造演化的不同.     

页岩储层黏土矿物水化膨胀致裂数值模拟研究

为了深入研究内应力场的变化对诱导微裂缝的影响,针对黏土矿物水化膨胀这一问题,运用复合材料理论的等应力和等应变理论估算黏土矿物和非黏土矿物的力学参数,采用数值模拟的方法分析黏土矿物吸水膨胀后诱导微裂缝的起裂和扩展规律.结果表明:1)内应力最大处产生在黏土矿物与非黏土矿物的界面处,最大Mises应力可达40.86 MPa,...     

姬塬油田X区地质建模及数值模拟研究

首先在深化油藏地质认识的基础上,利用地质、测井等测试资料建立三维地质模型,其次通过数值模拟技术,利用生产动态测试资料,进行历史拟合,调整完善数值模型;最后优选合理生产压差,保持在5 MPa左右时开发效果最为理想。     

Experimental and numerical study on the impact of strain rate on failure characteristics of shales

The determination of safe mud weight windows during drilling operations and the understanding of shale deformation mechanisms requires accurate knowledge of shale strength characteristics. A key factor in measuring the compressive strength of shale is the strain rate used during laboratory testing. Two phenomena are attributed to strain rate related strength alteration: pore pressure build-up and dilatancy hardening.One of the main factors that influence the compressive strength of shale is its pore pressure. Due to low shale permeability, pore pressure of high water content shales usually builds up during high axial loading. A theoretical analysis on the influence of confining and pore pressures on the deviatoric strength of shale is presented in this study. Additionally, a model to predict pore pressure distribution within shale samples during a typical triaxial compression test is developed. The effects of strain rate and permeability on pore pressure build-up, and thereby the compressive strength are assessed.It was also observed that low water content shales experience a strength increase at high shear rates. This may be due to the forming of micro-cracks within the shale network that leads to dilatancy and thus pore pressure reduction.Experimental results for two preserved shale samples obtained from the field are presented. It is shown that strain rates have different effects on the compressive strength for the two shale types. The deviatoric strength for the soft Pierre I shale decreases, while the strength for the highly compacted Arco shale increases with increasing strain rates. The reasons for these observed phenomena are analyzed, and their impacts on drilling operations are briefly discussed.