水平井地层破裂压力的解析公式

分析了正断层地层任意偏离角水平井在裸眼完井和射孔完井两种完井方式下,井筒和孔眼的应力状态,以垂直井地层破裂压力公式为基础,利用替代方法,给出了水平井地层破裂压力的解析公式,并进行了算例研究.结果表明,地层破裂压力与完井方式及偏离角密切相关.由于射孔完井孔眼和裸眼完井井筒的应力状态完全不同,所以,两者破裂压力通常并不相等.不论是裸眼完井还是射孔完井,其破裂压力都是偏离角的单调递增函数.当偏离角为0°时,破裂压力最低;而当偏离角为90°时,破裂压力最高.     

裸井完井与套管射孔完井水平井产能预测研究

建立水平井产能预测模型不仅需要考虑储层各向异性和井眼偏心距的影响因素,还需要考虑钻井和完井过程中产生的表皮系数的影响.对于套管射孔完井则需要考虑射开程度的不完善和孔眼周围被压实引起的井底附加压降.通过对表皮系数进行修正,推导出了理想裸井完井和套管射孔完井的产能预测公式,并进行了实例计算验证.     

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.     

射孔守井有限元模型的建立及网格划分

介绍了射完井中二维和三维有限元热流模型的建立及网格划分的基本方法,用热流场模拟射孔完井渗流场,用同一种导热率材料来模拟井筒和孔眼,该材料导热率相对于地层模型导热率为无限大时,能模拟整个射孔完井渗流场,该二维和三维模型,能研究射孔深度有无钻和压实带情况下,孔眼内流体流速、压实带外边界渗流速度、渗流压力场、全井产量及产能比并用APDL程序语言编写了二维和三维模型及网格划分的通用程序,为射孔完井经设计及产品     

射孔完井有限元模型的建立及网格划分

介绍了射孔完井中二维和三维有限元热流模型的建立及网格划分的基本方法 ,用热流场模拟射孔完井渗流场 ,用同一种导热率材料来模拟井筒和孔眼 ,该材料导热率相对于地层模型导热率为无限大时 ,能模拟整个射孔完井渗流场。该二维和三维模型 ,能研究射孔深度、有无钻井污染和压实带情况下 ,孔眼内流体流速、压实带外边界渗流速度、渗流压力场、全井产量及产能比。并用APDL程序语言编写了二维和三维模型及网格划分的通用程序 ,为射孔完井优化设计及产能预测提供了实用的有限元网格模型 ,同时也为这方面的研究提供了简捷的方法     

射孔对破裂压力及裂缝形态影响数值模拟研究

针对射孔对水力压裂过程中的破裂压力以及裂缝形态的问题,通过建立不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展模型,将位移不连续方法(DDM)应用于水力压裂过程中的力学分析研究,同时在裂缝扩展准则上运用修正了的G准则-F准则并进行裂缝扩展规律研究.根据不同射孔方位和不同远场主应力条件下裂缝扩展的模拟计算,在地应力大小和方位确定的情况下,破裂压力随着射孔方位的增大而升高,并且随着方位角的增大,裂缝形态会发生转向,而且裂缝壁面粗糙,会增大压裂液摩阻.对于实际的射孔参数优化设计和压裂施工具有参考意义.     

各种射孔系列完井方式下水平井产能预测研究

本文针对套管射孔完井、射孔套管内绕丝筛管完井、射孔套管内井下砾石充填完井、射孔套管内预充填砾石筛管完井等四种射孔系列的水平井完井方式，考虑地层损害和完井方式及完井参数的影响，进行了产能预测数学模型的研究。实例计算表明，其数学模型及计算方法是可行的，可用于水平井完井方式的选择与完井参数优化设计     

正压射孔完井中附加压力形成现象及数值求解

正压射孔完井中,在高能气体能量衰减过程中射孔液柱压力和地层流体在原有的正压差平衡下,会产生一个瞬间附加压力.模型计算表明,正压射孔完井中射孔液对孔道壁压力与地层压力重新达到平衡时存在时间滞后现象,通过设定参数计算表明瞬间地层流体压力传递滞后15.476ms,说明射孔液对孔道壁会产生较大附加压力也会造成压实效应.     

射孔完井高产气井井筒压力温度预测

正确计算井筒温度是进行气井流压计算、水合物形成以及凝析液析出等气井生产动态分析的前提.对于射孔完井的气井,气体从储层流入井筒的过程中所产生的压降要大于裸眼完井时的压降.正确计算节流压降和温降,对计算射孔完井井筒中的压力温度具有重要作用.研究建立相应的模型,得到节流压降及温降、井筒压力及温度布分的计算方法.对一口射孔完井高产气井进行实例计算,得到节流压降、节流温降以及压力、温度沿井深的分布情况,并对射孔参数进行敏感性分析.     

用边界元方法分析射孔完井非稳定渗流问题

本文综合考虑了射孔孔眼状态、各向异性储层伤害、以及不同边界条件等因素，建立了射孔井的油藏模型和非稳定渗流数学模型。应用边界元数模直接解法和区域分割技术，得到了随射孔孔眼和储层伤害变化时，孔眼附近储层不稳定渗流规律、生产动态和不稳定压力变化特征。对于更好地解决开发井网布置、射孔参数优化、增产措施设计和不稳定试井方法改进等生产问题有实际指导作用。边界元方法在油藏数值模拟领域有广阔的应用前景。     

路堤下盖板涵的竖向土压力分布

由于盖板在填土压力作用下发生挠曲变形,针对盖板涵对竖向土压力分布的影响,推导了盖板涵竖向土压力分布计算公式.假设盖板发生弹性挠曲变形,填土服从Winkler弹性地基条件,对盖板上修正的Marston填土涵洞竖向土压力分布进行了分析.结果表明,该修正公式考虑了盖板涵内外土柱差异沉降的应力集中效应,可计算由于盖板挠曲变形而引起的土压力重分布.通过对鹤大高速公路某盖板涵进行现场测试以及有限元数值模拟分析,结果显示盖板涵土压力的分布特点与本文理论分析相一致,且理论公式计算结果值与现场实测值吻合较好.     

斜井压裂大型真三轴模拟试验研究

通过大型真三轴模拟试验,研究了井斜角,井眼方位角、射孔方式对斜井压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝延伸规律的影响,得到了不同参数条件下裂缝起裂和延伸的直观认识.探索通过定向射孔形成一条平整大裂缝的途径,从而降低水力压裂地层的破裂压力,改善裂缝形态,提高压裂成功率,为优化斜井地层射孔方案及水力压裂设计提供依据.实验结果对于提高斜井水力压裂技术水平,改善压裂增产效果具有重要作用.     

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     

聚合物改性沥青细观力学分析

根据聚合物改性沥青的复合材料形态结构和在实际路面结构中的存在状态，建立了聚合物必改性沥青细观应力分析的三层球模型，推导了热应力计算公式与荷载应力计算公式，以低温下路面结构力学分析结果作为细观应力分析的外场，经过大量计算和分析，讨论了影响聚合物改性沥青品种的原则，可供聚合物改性沥青品种的原则，可供聚合物改性沥青实践参考。     

粗粒料静止侧压力系数及其变形特性试验

土体的静止侧压力系数K0是其重要的力学参数之一,合理地确定土体的K0系数对土工结构应力变形的准确计算有重要的理论意义与实用价值。然而,土体的K0系数的准确测量并不容易,对粗颗粒土则更加困难。目前为止,能研究粗颗粒土K0的试验仪器极少,对K0系数的研究成果相应地也很少,而对粗颗粒土在不同初始孔隙比下K0系数的变化规律的研究几乎空白。为研究粗颗粒土的静止侧压力系数在不同初始孔隙比下的变化规律,研制了一种新型K0试验仪。该仪器既能用于测定粗颗粒土的K0系数,也可用于一般黏土或砂土K0的测定,而且可用于高应力条件。对某级配粗粒料进行了不同初始孔隙比状态下的K0压缩试验。试验粗颗粒土的母岩为似斑花岗岩,其颗粒粒径范围<20mm。试样高度8cm、直径10cm,初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6,试验最大竖向压力为3.7MPa。试验结果表明：对所试验的粗粒料在K0状态下加载时,侧向应力与竖向应力之间呈较好的线性关系,K0为常数。初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6时K0范围大致0.3~0.45,孔隙比对K0系数的影响显著;粗粒料的静止侧压力系数随着初始孔隙比的增加而增加,且两者之间近似呈直线关系;不同初始孔隙比条件下,试样的体积应变与平均正应力（或竖向应力）之间可用幂函数拟合,提出了能够反映不同初始孔隙比的粗粒料K0条件下应力应变关系的经验公式。     

相背夹持两点接触应力场特殊位置的极值应力

点接触夹持是最常见的夹持形式,也是研究线接触与面接触夹持的基础。点接触可以用集中力模型来模拟,在极限状态下点接触产生的摩擦力与法向集中力通过材料的摩擦系数相关联。摩擦力与法向集中力符合库仑摩擦定律。弹性理论中已经给出了半无限体受二维集中力作用模型应力场的公式,借助这些公式可以对点接触的夹持进行应力分析。当然,点接触可以分为相向夹持与相背夹持,相向夹持的情况已经讨论过[1]。本文对摩擦极限状态情况下相背夹持两点接触应力场的分布进行分析,并给出若干特殊线、点的极值应力的大小和主方向。     

Effect of faulting on coal burst——A numerical modelling study

Coal burst occurrence on roadways has always been a major concern in deep underground coal mines,especially under complex geological conditions. To evaluate the effect of faulting on coal burst, the stress concentration in the vicinity a reverse fault was analysed considering the geological history of the fault formation where high horizontal stresses led to the initiation and propagation of the reverse fault.Various in situ stresses and mechanical parameters of the fault, including the ratio of horizontal stress to vertical stress were used to analyse the state of fault. Numerical modelling was conducted using two and three dimensional distinct element models(UDEC and 3 DEC) based on a geotechnical conditions of an Australian underground coal mine. The formation process of reverse fault was simulated to evaluate the stress characteristics in the coal seam and the immediate roof and floor near the fault. The results show that, both the horizontal and vertical stress in footwall were higher than those in hanging wall after the formation of the reverse fault. The stress condition near fault was complicated due to complex geology in the coal measures, and the vertical stress peaked in the footwall at a distance of about 160 m from the fault. When a roadway was excavated, stress concentration occurred at both the roadway face and ribs, which reached as high as 38 MPa in the ribs at a depth of 500 m. This will significantly elevate the risk of dynamic instability of the roadway such as coal burst. The stress concentration zone in the footwall can be considered as a hazardous zone near the reverse fault. This study provides a general reference for analysis of roadway stability affected by faults.     

考虑拉压异性徐变的混凝土温度应力研究

对变应力作用下的拉压异性徐变的弹性徐变方程的求解进行了探讨,基于混凝土的徐变度与混凝土的龄期有关和线性叠加假设,采用应力增量法,推导了变应力作用下的拉压异性徐变的弹性徐变问题的有限元计算公式。由于拉伸和压缩徐变速率相近,假设拉伸和压缩徐变一致时的徐变应变增量递推公式,与假设拉伸和压缩徐变异性的徐变应变增量的递推公式形式上一样,仅当某时刻的应力增量主量为负时,采用压应力下的徐变度,当某时刻的应力增量主量为正时,采用拉应力下的徐变度。实际混凝土工程的拉压异性徐变应力仿真分析表明,在高温季节浇筑混凝土时,昼夜温差将引起应力周期性加卸载变化,假设拉伸和压缩异性徐变时计算的混凝土温度拉应力较拉压相同徐变时计算的混凝土温度拉应力更大,且这个应力随着仓面间歇时间的延长而逐渐增大。     

Impact of hydraulic perforation on fracture initiation and propagation in shale rocks

To enhance the oil and gas recovery rate, hydraulic fracturing techniques have been widely adopted for stimulation of low-permeability reservoirs. Pioneering work indicates that hydraulic perforation and layout could significantly affect fracture initiation and propagation in low-permeability reservoir rocks subjected to complex in-situ stresses. This paper reports on a novel numerical method that incorporates fracture mechanics principles and the numerical tools FRANC3D and ANSYS to investigate the three-dimensional initiation and propagation behavior of hydro-fracturing cracks in shale rock. Considering the transverse isotropic property of shale rocks, the mechanical parameters of reservoir rocks attained from laboratory tests were adopted in the simulation. The influence of perforation layouts on the 3D initiation of hydro-fracturing fractures in reservoir rocks under geo-stresses was quantitatively illuminated. The propagation and growth of fractures in three dimensions in different perforating azimuth values were illustrated. The results indicate that: 1) the optimal perforation direction should be parallel to the maximum horizontal principal stress, 2) the crack plane gradually turns toward the direction of the maximum horizontal principal stress when they are not in parallel, 3) compared with the linear and symmetric pattern, the staggered perforation is the optimal one, 4) the proper perforation density is four to six holes per meter, 5) the optimal perforation diameter in this model is 30 mm, and 6) the influence of the perforation depth on the fracture initiation pressure is low.