基于扩展有限元法的连续管用钢裂纹扩展研究

疲劳裂纹扩展是导致连续管失效的主要原因。针对试验法研究连续管用钢裂纹扩展过程较为繁琐的问题,引入扩展有限元法进行分析。应用工程软件模拟CT110钢裂纹扩展过程,计算了不同应力比R下的裂纹扩展门槛值。研究结果表明:利用扩展有限元法模拟裂纹扩展得到的循环次数与试验法测得的循环次数比较接近,最大相对误差为17. 67%,验证了用扩展有限元法模拟CT110钢裂纹扩展的可行性;随着应力比R的增大,其裂纹扩展门槛值减小,在R=0. 50时,其门槛值仅为R=0. 02时的0. 63倍;基于Paris公式和分析结果得到的拟合公式,可对稳定扩展阶段内不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率进行预测。研究结果对预测连续管使用寿命和保证现场安全作业有一定指导意义。     

孔边单边角裂纹的疲劳扩展

介绍了L_2铝板和LF6M铝合金板孔边单边角裂纹的疲劳测试以及疲劳裂纹扩展形貌和特性的研究,并与前人的工作进行了比较。     

抽油杆表面横向裂纹扩展试验研究

用３５ＣｒＭｏ材料制成符合国标Ｄ级抽油杆机械性能指标的圆棒试件。通过试验研究了带表面横向裂纹试件在拉─拉交变载荷作用下表面横向裂纹的扩展情况。用降载勾线法描述了试件表面横向裂纹前沿的变化过程；根据试验数据的多项式回归，找出了试件表面横向裂纹前沿的变化规律。此试验结果可作为抽油杆表面横向裂纹扩展速率和抽油杆失效分析的依据。     

多裂纹扩展有限元程序开发

编制了裂纹扩展下的J积分二维有限元计算程序,对受拉单(双)裂纹中心裂纹板启裂、稳定扩展直至失稳的全过程进行计算机模拟,并且对其失效特征与规律进行了初步探讨.采用实验数据对该程序进行了验证.     

管线钢断裂和疲劳裂纹扩展特性研究

对厚度分别为3mm、6mm、9mm、12mm、1mm的紧凑拉伸(CT)试样进行了断裂韧性试验,研究了X60管线钢的断裂特性.研究结果表明,由于试件厚度与分层裂纹间有强烈的耦合效应,表观断裂韧性不随厚度的变化而变化,靠增加试样厚度无法获得材料的平面应变断裂韧性,应用穿透裂纹的表观断裂韧性数据进行管道的安全评定不可靠;考虑塑性区修正的有效应力强度因子K_e与弹塑性J积分参量K_J在失稳扩展前保持了良好的等效性.对厚度分别为2mm、4mm和14mm的CT试样的疲劳裂纹扩展试验表明,高韧性管道钢的疲劳裂纹扩展存在显著的厚度效应,厚度效应敏感区在4 mm以内.     

高钢级输气管道裂纹延性扩展及止裂模拟技术研究

为了有助于我国高钢级管道止裂设计研究,使我国天然气管道运行更加安全,综合分析了气体载荷模拟方法和断裂处理方法,以及金属裂纹延性扩展与止裂预测之间的关系。以X90管线钢管为研究对象,基于ABAQUS软件,从天然气状态方程建立入手,研究建立全耦合的管道裂纹动态扩展及止裂数值模拟技术。将金属断裂准则应用于有限元计算中,通过流体、固体、断裂全耦合计算得到输气管道裂纹扩展时的裂纹扩展速度和气体减压波速度,对比两种速度判断裂纹是否可以止裂。     

X70管线钢在模拟土壤介质中裂纹扩展特性研究

试验研究了X70管线钢在模拟土壤介质 0 5mol/LNa2 CO3 + 1mol/LNaHCO3 溶液中和循环载荷下的裂纹扩展特性和宏观规律。结果表明 ,裂纹扩展主要受裂尖应力强度因子幅的控制。不同的应力比下 ,裂纹扩展呈现明显的门槛值特征 ,随着应力比的升高 ,裂纹扩展的门槛值降低。在碱性碳酸盐溶液 (pH =9 3)中 ,加载频率对裂纹扩展速率没有明显的影响 ;在中性碳酸盐溶液 (pH =7 0 )中 ,裂纹扩展速率随加载频率的降低而升高 ,呈现明显的频率效应。中性碳酸盐溶液中的裂纹扩展速率高于碱性碳酸盐溶液的裂纹扩展速率 ,且随加载频率的降低 ,裂纹扩展速率增大     

X60管线钢腐蚀疲劳裂纹扩展特性

研究了不同腐蚀介质中及加载频率下X60管线钢的腐蚀疲劳裂纹扩展特性.在较高的加载频率f=10HZ时,不同腐蚀介质中裂纹扩展具有真腐蚀疲劳特性,并且裂纹的扩展规律可表示为(da/dN)cf=Bcf(△K-△Kthcf)2.腐蚀介质主要影响腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值△Kthcf,而对系数Bcf无显著影响;在较低的加载频率f=1HZ时裂纹扩展呈缓慢增加的平台--具有应力腐蚀特性.文章对建立较为通用的腐蚀疲劳裂纹扩展公式进行了探讨.     

一种X80管线钢焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值的研究

采用疲劳试验、显微分析方法和力学性能分析等手段,对焊接热输入为20 kJ/cm的一种X80管线钢焊接接头在不同应力比条件下的疲劳裂纹门槛值进行了研究。研究结果表明,随着应力比的增加,疲劳裂纹扩展速率da/dN增大,疲劳裂纹扩展门槛值呈逐渐降低的趋势。在热输入为20 kJ/cm时,焊缝的组织以针状铁素体为主,含少量多边形铁素体,有很好的韧性。     

射孔套管裂纹扩展分析

采用封堵球封堵已压裂地层的射孔,选择性压裂刚射孔的地层是有效的多层压裂方法,被封堵的射孔套管段将受到内压的反复作用,有可能发生低周裂纹扩展。通过有限元方法计算射孔和单孔孔边应力分布,证明单孔可以代表射孔孔边的应力分布。经过计算,将孔边的屈服范围拟合成射孔孔径和内压的函数。应用低周裂纹扩展公式,对屈服范围内的裂纹扩展进行初步分析,分析结果表明,多层多次压裂有可能导致射孔孔边裂纹扩展,最后造成套管断裂。     

山西沁水盆地煤层气田地面工艺技术研究

针对山西沁水盆地煤层气田低压、低地面产的特点,概要介绍了煤层气地面建设中采用的"井口计量、井间串接,低压集气、常温分离、二级增压、集中处理"等一系列集输工艺技术。     

煤层气储层注入CO_2的研究

近几年,很多开采煤层气的技术方法就是利用CO_2,如置换封存技术,虽然现在对CO_2已有很深的认识和了解,但是煤层中注入CO_2的长期流动和地质力学还没有被完全理解。本文主要是通过部署一组高精度倾斜仪以及GPS系统,研究煤层注入CO_2之后的运移以及地层变化。另外,现场设备、三维流体流动模型和地质力学都用来监测CO_2的运移并计算地面位移。本文给出了倾斜仪获得的地面变化和模型模拟的比较结果。现场监测和地质模型表明,沿着CO_2注入井的轨迹地层表现出隆起。结果还表明,先进的建模方法和有限的现场设备相配合,可以被用来发展评价长期封存CO_2的监测策略。     

煤层气水平井钻井液优化技术探讨

煤层气多分支水平井具有单井产量高、生产周期短、采收率高、生产井场占地面积小的特点,但我国煤层地质条件较为复杂,开采问题的关键是煤层钻井井壁稳定。实验室内在水包油钻井液体系中加入不同种类和用量的乳化剂、油水比和增黏剂以及不同种类和用量降滤失剂和流变性调节剂并对其进行优选,并优选出了油水比分别为4:6、5:5和6:4的水包柴油钻井液配方和油水比为4:6的水包原油钻井液配方。该低固相水包油钻井液具有密度低、润清性好、滤失量低、稳定性好等特点,且具有良好的抗阻、抗污染能力,配制简单,密度和流变性易于控制。     

从煤层含气量测定技术发展看页岩含气性评价的发展方向

介绍了煤层含气量测定技术的发展历程,以及煤心中甲烷的逸散、解吸模拟实验研究成果,剖析了现用煤层含气量测定标准的适用范围及其约束条件。指出页岩岩心在提心、大气暴露和密封解吸三个阶段具有不同的气体逸散、解吸条件和机制,煤心损失气量估算方法应用于页岩存在着不确定性和风险。提出应重视页岩岩心涵盖"三个阶段"的全过程气体逸散、解吸实验及其规律的基础性研究。将页岩气分为钻井液气、暴露散失气和岩心残留气三部分。开发钻井液气检测装置,结合综合录井资料,建立钻井液气量的快速检测技术及计算方法;完善现有岩心解吸气和残余气测定技术,形成岩心残留气量快速测定方法;探索建立探测或利用解吸气测试数据确定暴露散失气量的方法,从而构建新的页岩含气量测定技术方法体系。     

煤层气测速敏实验新方法探索

煤层气藏保护研究需要进行储层速度敏感性评价实验,但目前尚无该实验的标准方案。常规方法是效仿石油行业标准,由于煤层气藏本身的特殊性,需改进实验方案提出适合煤层的标准。基于油气行标提出了新的煤层气测试实验方法,并与常规方法进行了对比,实验结果表明煤层具有弱速敏或无速敏。     

页岩气储层层理方向对水力压裂裂纹扩展的影响

页岩气储层具有不同于常规储层的层理结构,使得其水力压裂规律也与常规水力压裂有所不同。为研究天然层理方向 对水力压裂过程中裂纹扩展的影响,利用三轴水力压裂实验系统进行了页岩水力压裂实验,并基于扩展有限元法开发了水力压裂起 裂判据,建立了三维页岩气储层水力压裂计算模型,研究了层理方向对页岩储层水力压裂裂纹扩展的影响。结果表明：①页岩气储 层水力压裂裂纹扩展规律由原地应力状态和层理面结构及强度共同决定,层理方向是水力压裂裂纹扩展方向的主控因素,若压裂后 层理面法向拉应力先达到层理面抗拉强度,裂纹沿层理方向扩展,反之,裂纹则垂直于最小地应力方向扩展;②裂纹沿层理面扩展 时,层理法向与最小地应力方向夹角增加,起裂和扩展压力增大,裂纹面积减小;③裂纹整体呈椭球非平面扩展,随着压裂液的注入, 裂纹面积增加,地层总滤失率增加,裂纹扩展速度减小。压裂实验与模型计算所得的压裂裂纹扩展规律相吻合,从而验证了页岩气 储层水力压裂模型的有效性。     

基于灰色关联的沁水盆地煤层气井排采特征分析

我国煤层气资源储量丰富,但是单井产量却普遍较低。影响煤层气井产量的因素较多且复杂,同时对产量的影响程度也各不相同。基于以上背景,本文针对煤层气井排采效果影响因素繁多、关联性模糊不明等问题,构造了一套基于灰色关联和神经网络系统法的煤层气排采因素综合分析方法和对应的计算机辅助程序,为给定井次条件下的压裂工艺优选和参数优化提供了途径。     

变应力条件下气体吸附对煤岩渗流特性的影响

煤层气钻采及注气过程中,在外力扰动下煤岩所受到的轴向或环向载荷出现较大幅度的变化,在应力的变化过程中,煤岩内部的孔隙与裂隙处于动态变化过程,导致煤层的渗透率也发生动态变化,且不同气体的渗透率变化规律存在差异。以宁武盆地9号煤层为研究对象,运用自行研制的三轴渗流实验装置,分别利用非吸附性气体氦、吸附性气体甲烷和二氧化碳研究在增加围压过程中渗透率随有效应力的变化,以及增加轴压至煤岩破坏过程中渗透率—应变曲线与应力—应变曲线之间的关系。结果表明,在增加围压的过程中,初始阶段煤样对氦的渗透率最大,其次是甲烷,最后为二氧化碳;随着围压的增加,有效应力增加,渗透率降低;在煤岩轴向加载至破坏过程中,渗透率—应变曲线与应力—应变曲线的变化规律基本一致,但渗透率的变化滞后于应力的变化,且气体的吸附性越强,滞后效应越明显。     

页岩气井体积压裂条件下的水泥环界面裂缝扩展

射孔会对井筒完整性造成局部损伤,尤其是导致水泥环本体破坏以及第一界面(套管-水泥环界面)、第二界面(水泥环-围岩界面)的胶结脱离、微环隙等,在后期页岩气水平井体积压裂过程中,由于高压流体的注入,界面微环隙将会加剧甚至发生裂缝扩展,影响封固性能。针对这一问题,建立了界面裂缝扩展数学模型,通过流体连续性方程、泊肃叶定律和净压力与缝宽弹性关系以及边界条件联立得到非线性偏微分方程组,利用对控制方程无因次化的方法求得自相似解。使用该模型对现场算例进行了计算,并分析了各参数对界面裂缝长度的影响。研究结果表明:适当提高水泥环弹性模量,适当降低井口压力和压裂时间有利于减小界面裂缝扩展长度,有利于保障水泥环长期有效封固。研究结果能够对页岩气井体积压裂条件下的水泥环封固性能进行评价和预测,同时在满足油气开采要求的前提下,对相邻射孔段间距的优选,也具有一定的指导意义。     

河东煤田石楼南区煤成气成藏条件分析

从烃源岩、储集层和盖层三个方面分析,认为鄂尔多斯盆地河东煤田石楼南区具有较为优越的煤成气成藏条件。从煤层的生烃期与构造演化方面,分析了控制石楼南区煤成气生成和富集的构造活动。燕山运动中期为形成背斜圈闭时期,也是主要生烃期,有利于煤成气藏的形成。喜山运动表现为整体抬升,但气藏埋藏深度仍保持在1 500～2 500 m,逸散量相对较少。综合研究后预测了下生上储、自生自储、上生下储三种成藏模式,有利勘探目标为石楼背斜和下李背斜。