地应力和温度载荷耦合作用下注汽井射孔套管损坏的数值模拟

注汽井射孔套管损坏问题在我国许多油田十分普遍，为此进行了地应力和温度载荷耦合作用下套管的应力变化规律以及对套管损坏影响的研究。提出了一种二阶段的计算策略，首先采用粗网格获得套管附件的地应力和温度，然后缩小模型范围，采用细密网格获得更精确的结果。最终计算结果表明，射孔导致套管的应力集中比较明显，最大VonMises应力可能增加13～1．5倍；温度载荷对套管应力有重要的影响，200℃注汽时温度效应使得最大VonMires应力增大26．5％。研究结果为油田现场确定合理的注汽温度，预防和减少套管损坏提供了理论依据。     

地层温度对注水井井壁开裂的影响

研究了注水井将大量温度较低的地面水注入高温油藏使地层的地温度场发生变化。据此,分析了这些变化导致的热应力引起的附近应力对注水井井壁开裂条件的影响,并建立了常注水量条件下注水井的井壁开裂准则。研究结果表明:热诱导应力必须加以考虑;在给定的一组数据下,由于热效应开裂应力可减少16%。     

考虑吸附膨胀应力影响的煤层瓦斯流-固耦合渗流数学模型及数值模拟

已有研究表明,煤吸附瓦斯后要发生相应的膨胀变形,而当这种膨胀变形受到一定的限制时,将会产生膨胀应力。为此,在考虑煤吸附瓦斯产生膨胀应力的前提下,根据煤体受力平衡条件建立考虑吸附膨胀应力的煤体有效应力表达式,并根据流–固耦合渗流理论的基本思想,建立煤层瓦斯流–固耦合数学物理模型。采用有限元和有限差分相结合的方法对模型进行离散化处理,并对其进行模拟求解。和未考虑吸附膨胀应力的流–固耦合模型的模拟结果进行比较分析,研究成果表明,未考虑吸附膨胀应力的流–固耦合模型计算的压力下降较该模型要小,两种模型的模拟结果存在一定的差别,从而表明在煤层瓦斯流–固耦合数学模型中应考虑吸附膨胀应力的影响。     

基坑坑内降水对周边土体性状影响的数值模拟研究

基坑降水会影响到周边土体的工程性状,本文采用渗流与固结进行耦合,建立坑内降水分析模型.由所建立的模型,分析基坑内外渗流场、位移场的时空变化规律,通过对变化规律的研究,分析了基坑内降水对周边土体性状的影响.     

ANSYS软件在注水井套损预测中的应用

注水井泄压过程中的套损问题是油田开发中遇到的棘手难题。通过对基本方程及定解条件的比较，将ANSYS软件中温度场和应力场的直接耦合分析方法应用于注水井泄压中地层-套管-水泥环系统的渗流-应力耦合分析中。通过数值模拟，研究了不同条件下地层渗流场、应力场及套管挤压力变化规律，给出了套管挤压力的计算模板。     

利用地应力测量技术探查油井地层注水分布特征

对油层所在层段进行压裂注水驱油可以提高油田采收率,而确定注水的流向是合理部署注采井网的重要依据。利用电磁波地应力测量新技术对周庄G1井地层注水空间分布特征进行探查,并将探测得到的电压值换算成地应力值,研究表明,地应力值的大小与富水程度具有一定的相关性,低地应力值对应于强富水,高地应力为弱富水或不富水。从注水层段地应力纵向和平面分布及含水层厚度3个方面分析注水影响范围及富水性平面分布特征。探测结果显示：在G1井东部40 m及SW50 m处存在2个近南北向地应力低值条带,为注水后富水的区域,其后的采油实际资料证实了探测结果的可靠性,为油井旧井挖潜的有效技术手段。     

不同含水情况下的泥岩蠕变试验及其对油田套损 影响研究

 以大庆泥岩为研究对象,进行不同含水条件下的强度试验和蠕变试验,分析含水量变化对泥岩强度、弹性模量等基本力学参数以及蠕变特性的影响。试验结果表明：含水量的增加,大大降低了泥岩的弹性模量和单轴抗压强度,并使泥岩的蠕变变形和稳态蠕变率显著增加。通过试验得到考虑含水量变化的泥岩蠕变本构方程,并与试验曲线进行对比。以大庆油田南二区某井套损段泥岩层为例,建立数学模型,根据得到的蠕变本构方程,对不同含水条件下井壁泥岩的蠕变挤压应力进行数值模拟,通过对比分析,说明在非均匀挤压应力作用下,泥岩含水量的增加会大大加快蠕变应力的增长速度,使围岩对套管产生的蠕变挤压应力达到极值所需的时间迅速减小,大大缩短套管使用寿命。油田开采过程中,应防止高压注入水进入泥岩,以预防和减少由于泥岩进水发生蠕变导致套管损坏。     

地层各向异性对套管受力的影响

套管损坏是制约油气生产的瓶颈问题，而套管外挤载荷设计合理与否对套管寿命具有决定性的作用。前人在研究套管外挤载荷时，都将地层考虑为正交各向异性、横观各向同性材料，没有考虑在垂直井眼轴线平面上岩石力学性质各向异性的问题。在考虑这一特点的基础上，建立，套管应力计算的力学及有限元模型。计算结果表明，在均匀水平地应力条件下，若地层为横观各向同性，则套管应力为均匀分布：若地层力学件质在垂直井轴平面上为各向异性，则套管应力由均匀分布转化为非均匀分布，且戍力极值增大。这一结论说明；在均匀水平地应力条件下，地层各向异性对套管受力有着较为明显的影响，在设计套管外挤载荷时，应该给予允分考虑；同时这也有助于解释套管所受外挤载荷超过上覆岩层压力的问题。在非均匀水平地应力条件下，无论地层为各向同性或各向异性，套管应力均呈现非均匀分布态势，其套管应力极值变化不大。因此，在非均匀水平地应力条件下，地层各向异性对套管受力影响不大，在设计套管外挤载荷时，可简化省略。     

高压注水煤层力学特性演化数值模拟与试验研究

 为从细观上揭示高压注水过程中煤体裂隙扩展、应力场演化和高压水体在煤体中的渗流规律,利用考虑煤岩介质材料力学性质的非均匀性特点以及煤岩介质变形破裂过程中透气性的非线性变化特性特征并基于煤岩破裂过程固–流耦合动力学模型开发的RFPA2D-Flow软件系统对祁南煤矿721工作面煤层高压注水进行数值模拟,同时进行高压注水现场试验研究。数值模拟结果表明：在高压水挤压作用下,钻孔周围煤体逐渐损伤、破坏,裂隙进一步扩展,渗透能力大大增加,渗透系数最大可以由0.5 m/d增加到1 580.0 m/d,在钻孔附近煤体处平均增加14倍。现场试验结果表明：采取高压注水工艺后,工作面前方煤体卸压带宽度由2.5 m增加到3.5 m,应力集中带向煤体深处推移1.0 m,表明高压注水消突效果比较明显。     

高压水射流破岩的数值模拟分析

采用非线性动力有限元法和岩石动态损伤模型对高压水射流破岩过程进行了模拟，结果表明，水射流破碎岩石主体所用的时间为毫秒量级，普通连续水射流破岩的主要形式是卸载及射流冲击所产生的拉伸破坏，并呈“阶跃式”发展。在此基础上，探索了水射流参数对破岩效果的影响，数值计算与试验结果吻合良好，表明利用该方法分析水射流破岩过程和机理是可行的，所得结论可作为水射流破岩体系设计和优化的依据。     

基于压水试验数据的渗透系数应力敏感性研究

岩体渗透率与应力关系是进行岩体渗流应力耦合分析的基础。基于龙滩水电站边坡岩体渗流压水试验结果和边坡岩体岩性及物理力学性质，对岩体渗透系数和地应力进行了分析计算，给出了边坡岩体渗透率随应力变化的关系式，为进行边坡岩体渗流一应力耦合分析提供了可靠数据。     

重复压裂气井诱导应力场模拟研究

重复压裂是低渗透油气田开发中后期增产挖潜和稳产的重要技术措施。重复压裂新裂缝的重新定向分析是具有相当难度和应用价值的核心问题，也是制约重复压裂优化设计的关键。重复压裂产生的裂缝方向取决于地应力状态，因此，垂直裂缝气井重复压裂前储层中的应力分布，尤其是水平主应力方向控制着重复压裂裂缝的起裂方位和延伸方向。系统研究了垂直裂缝井重复压裂前应力场的分布特征及其影响重复压裂气井应力大小和方向变化的主要因素。应用弹性力学和流．固耦合等理论建立了重复压裂气井的诱导应力场的数学模型，开发了相应的计算模拟程序，实现了垂直裂缝气井重复压裂前应力场的定量分析与模拟。研究表明，垂直裂缝气井中初始水力裂缝产生的诱导应力和气井生产过程中孔隙压力变化产生的诱导应力能够改变气井周围的应力场分布，并导致气井中的应力场发生重新定向。新场气田的实际运用结果也表明，重复压裂气井中的初始应力差和生产时间是决定应力重新定向的关键因素．