基于ABAQUS的径向井水泥环应力分布规律研究

为保证径向井配合水力压裂技术的改造效果,需对水泥环的应力分布规律及稳定性进行研究。基于水泥环应力分布理论模型,通过ABAQUS有限元软件建立以胜利油田某油藏物性参数为基础的储层力学模型,模拟真实条件下套管-水泥环-地层系统的应力分布,并对模拟结果进行多角度分析。数模结果表明,水泥环内界面相比外界面应力数值更高、波动更大,是第一危险界面;随水平地应力比的增加水泥环应力分布更加不均匀,数值波动更大,高水平地应力比显著不利于水泥环的结构稳定;钻孔数量、材料物性均影响水泥环上的应力分布,建议优化钻孔数量并使用低弹性模量、高泊松比的水泥。最后通过灰色关联方法分析了上述因素对水泥环应力分布的影响程度。     

地应力对玻璃钢套管抗挤强度影响的分析

在煤层气开发活动(如注水、压裂)的过程中,当套管穿过复杂的地质构造时,任何一层地质结构发生变化,都会使得区域构造发生小范围变化,这些变化会引起局部构造应力场发生较大的改变,导致套管所受的应力发生变化.鉴于此,本文基于地应力作用下套管的力学模型,利用有限元数值模拟软件,分析均匀地应力与非均匀地应力对玻璃钢套管强度的影响.分别研究这两种情况下套管失效的过程,重点分析均匀地应力下套管内部Mises应力分布规律,以及非均匀地应力对套管抗挤强度影响的规律.并编制了计算均匀地应力及非均匀地应力条件下套管抗挤强度计算的程序.     

非均匀荷载下套管受椭圆度影响的应力分析

在考虑初始椭圆度的油田套管和非均匀外部荷载作用的基础上,通过ANSYS建立套管的有限元分析模型。选取不同均匀度系数的非均匀荷载组合进行对比研究,研究其应力分布规律,以及其应力值大小在不同椭圆度下的变化情况,并与理想圆形套管数值分析结果进行对比。研究表明:套管应力值的大小以及应力分布规律与初始椭圆度的大小以及非均匀荷载的均匀度系数大小有关; 套管的椭圆度增加时,或者荷载的不均匀度系数减小时,套管最大应力值增大,应力分布不均匀度也增大。应合理的控制椭圆度的大小来提高套管的抗挤毁强度。     

变内压下套管与水泥环微间隙研究

套管内压力增加时,套管膨胀挤压水泥环,套管、水泥环发生弹性变形,内压力增加到一定程度时水泥环内部先发生塑性变形;之后如果套管内压力减小,套管弹同,而水泥环不能恢复原状,套管与水泥环剥离,它们之间形成微间隙.运用弹塑性力学基本理论建立了套管-水泥环的静力学分析模型,对套管内压力变化情况下的水泥环胶结界面径向接触力进行了分析,得出了套管-水泥环微间隙的计算公式,为防气窜作业提供了理论依据.     

出砂量对射孔套管力学性能的分析计算

油井生产中地层出砂会严重影响射孔套管的力学性能,造成套管损坏.建立射孔套管在出砂层段的三维力学有限元模型,应用Ansys有限元软件分析该出砂层段射孔套管力学性能.研究认为,在出砂地层射孔套管力学性能变化较大,表现为射孔处套管的抗挤强度减小,套管最大应力在射孔处产生.均匀载荷下,套管应力与地层中出砂高度成抛物线关系,生产中应减小或增加出砂量达到远离出砂高度临界值,以减小套管应力.非均匀载荷下,随着出砂量增加,产生的空洞高度增加,套管的应力逐渐减小.因此,在非均匀载荷下,应提高出砂量以增加空洞高度,达到提高套管的抗挤强度,延长套管使用期限.     

页岩气水平井分段压裂对固井水泥石力学性能的需求分析

页岩气水平井依靠大型水力分段压裂改造才能实现措施增产的目的,而固井水泥环的连续性、完整性和密封性是进行水力分段压裂的基础条件。通过建立页岩地层-水泥环-套管力学模型,开展内压作用下水泥环受力分析,对水泥环力学进行了参数敏感性分析,发现了水泥环受力敏感性因素,为页岩气水平井固井水泥浆体系的选择提供了新的方向。     

基于应力吸收层的水泥混凝土沥青加铺路面力学特性分析

为了研究设置应力吸收层后旧水泥混凝土沥青加铺路面结构的力学响应,采用有限元分析方法,建立水泥混凝土加铺路面接缝在最不利温度时的温度-荷载耦合模型,对不同沥青加铺层厚度、模量和不同应力吸收层厚度、模量工况下的温度应力与温度-荷载耦合应力进行研究.根据计算结果,提出了沥青加铺层、应力吸收层的合理厚度范围,并对加铺层与吸收层的模量加以控制.     

铝合金板材三向应力状态下的成形性能

基于覆层板椭圆液压胀形试验对铝合金2B06板材在三向应力作用下的成形性能进行了研究。通过不同椭圆长短轴比的椭圆胀形试验获取成形板材的等效应力-应变曲线,同时,改变包覆层板的材料和厚度,进而探究其对成形板材的流动性的影响。结果表明:在有包覆层板作用的情况下,发生颈缩时等效应力-应变曲线能够达到更大的应变量,并且随着凹模椭圆长短轴比的减小,流动应力曲线与圆(椭圆长短轴之比为1)胀形的曲线偏差也越来越大;当包覆层板的强度系数、加工硬化指数以及厚度越大时,成形板材受到包覆层板的厚度法向应力越大,试件壁厚分布也更加均匀。合适的包覆层板能够显著地改善成形板材的流动特性。     

水泥-乳化沥青混凝土在桥面铺装结构中的力学行为

为了减少桥面铺装在运营中的各类病害,将水泥-乳化沥青混凝土应用于桥面铺装的下层,并取代防水粘结层,对其适用性进行了研究.采用有限元力学分析方法,通过变换结构层的厚度来模拟该桥面结构层的力学行为.结果表明:当增大水泥-乳化沥青结构层的厚度时,各层之间的剪应力均减小,与桥面板之间的剪应力减小幅度较为明显,该层本身所承受的压应力也随之减小,当该层的厚度增加到3 cm以上时,上下层之间的剪应力下降幅度开始减缓.通过对新型桥面铺装结构力学行为特点进行研究,表明该材料适用于中、小型混凝土桥.     

均匀地应力场下圆巷围岩应力时空演化分析

围岩应力状态具有显著的时空效应.围绕巷道开挖围岩应力演化过程,采用西原模型初步解析了均匀地应力场下圆形巷道围岩应力分布的时空效应问题,并探讨了时间、空间等相关参数的相关性.研究表明:采用西原模型能充分反映围岩应力松弛效应,三向应力均随时间推移而衰减,最终稳定于某一平衡状态;在成洞初期,应力集中越明显,应力松弛越显著;围岩力学松弛行为是时空函数,径向应力随开挖面后方距离增大而减小,环向应力刚好相反,而轴向应力保持不变.该研究可为岩体巷道工程稳定性预测与评估提供理论基础.     

易漏盐岩地层固井多功能水泥浆体系研究及应用

中原油田易漏盐岩地层油井的套损现象呈增长趋势。分析套损原因认为，固井过程中的水泥浆低返、高脆性水泥环的射孔破裂和水泥石变形能力差与之有关。采用以F27A防漏增韧剂为主的多功能水泥浆体系有望解决易漏盐岩地层固井作业中相关技术难题。室内研究和模拟射孔试验表明：该体系具有防漏、增韧、低滤失和零析水特性，水泥浆的其它工程性能也满足施工的技术要求，5个不同区块12口井的固井优质率达到66．7％。多功能水泥浆体系的应用，将有助于降低射孔段和盐岩段的套损率。     

Safety thickness analysis of tunnel floor in karst region based on catastrophe theory

Based on the tunnel shape, span and depth, the previous elliptical plate model and clamped beam model were modified.The modified model was applied to different situations. For the elliptical plate model, the water effects were considered. For the clamped beam model, water and horizontal stress were considered. Corresponding potential functions and cusp catastrophe models of rock system were established based on the catastrophe theory. The expressions of critical safety thickness were derived with necessary and sufficient conditions. The method was applied to the practical engineering. Some parameters related to the stability were discussed. The results show that elastic modulus and thickness are advantageous to the floor stability, and that the load, span,horizontal stress and water are disadvantageous to the floor stability.     

嵌入非线性黏弹性材料弹性尖楔尖端的应力、应变场

套管损坏是石油工程研究中的重要问题之一,引起套管损坏发生的主要原因是在采油过程中油藏结构变化改变了原地应力场的分布以及不同岩层间界面的相对滑动.建立了以油藏隆起为尖楔嵌入非线性黏弹性材料的界面断裂力学模型.在平面应变条件下,通过奇异量级分析、运动方程和协调方程,推导出在尖楔尖端的非线性黏弹性材料中的控制方程.根据问题的边界条件和连续条件,通过数值计算得到了尖楔尖端连续的分离变量形式的应力、应变和位移场.数值计算表明,尖楔尖端场分布主要受材料的力学特性、地层倾角和摩擦系数的影响.模型阐明了套管剪切损坏力学机理,研究的结果为解决套管损坏问题提供了理论上的参考依据.     

Numerical simulation of thermodynamics coupling in hot forming process of elliptical head used in power station

To reduce the time of getting an ideal elliptical heat used in power station through repairing and testing a die repeatedly according to experience,finite element software Deform-3D was used to researc...     

骨水泥假体柄与股骨界面应力传递简化模型

将股骨、骨水泥和假体柄看成为线弹性和各项同性材料结合的同心圆锥体,建立包含热效应时的轴对称界面应力传递简化模型.在骨水泥、假体柄承受压缩应力的状态下,应用弹性力学的基本方程,获得了假体柄、骨水泥、股骨轴向应力以及界面剪切应力随轴向位置的分布.界面失效是假体柄、骨水泥、骨结构承载的主要失效形式.热残余温差的存在,加速了假体柄、骨水泥和股骨界面的失效和假体柄的松动,加剧了股骨应力遮盖效应,这主要是骨水泥具有较高的热膨胀系数所致.由于Ti-6Al-4V（钛合金）材料的弹性模量和热膨胀系数比钴铬合金小,在一定程度上缓和了界面和股骨的失效,这和临床所见一致.     

固液耦合整体求解方法解井下流动和传热问题

将井下钻井液、地层、水泥环、套管、钻柱等中的流动和传热组合起来,作为一个统一的过程来进行求解,从而避免了不同区域间的反复迭代,有利于井下复杂的井身结构和钻柱组合的处理。数值模拟结果和现场测量数据的对比初步说明该方法是可行的。     

长寿命路面结构与裸化技术研究

为改善现有路面设计寿命不足、实际使用寿命短等问题,从长寿命路面研究出发,探讨了长寿命路面定义及设计要求,结合依托工程的PCC AC长寿命路面结构,采用有限元和路面弹性层状体系理论,分析确定PCC AC长寿命路面的力学模型,对PCC板板底荷载应力和温度应力进行计算分析,并进行路面使用寿命预估,得出理论使用寿命达到40年以上,其寿命符合长寿命路面的设计思想.最后,为增强水泥混凝土与沥青混凝土层间粘结力,研究给出水泥混凝土板裸化时间与技术要求.     

动载荷条件下水泥环损伤原因分析

为了避免射孔后在水泥石上形成一些微细的裂纹而导致井下作业(如压裂等)在这些裂纹尖端处形成应力集中,造成裂纹的扩展和延伸。对动载荷条件下水泥环损伤原因及程度进行了分析,提出了提高水泥环与套管、地层的胶结强度和水泥环抗冲击能力的措施。     

钻井过程中井壁热应力数值模拟

井壁热应力对于井壁稳定性、水力压裂、水泥环胶结强度、热采套管的损害等都有影响。文中根据热弹性力学理论,将地层假设成均匀连续弹性介质,推导建立了井壁热应力的数学模型,并结合井内流体流动和静止过程中井壁温度场的变化,采用数值计算方法得出了井壁热应力的瞬态分布,包括井壁热应力随井深、径向距以及时间的变化。文中的理论模型和计算结果对于研究由于热应力引起的现场问题都具有指导意义。     

Pressure-controlled elliptical cavity expansion under anisotropic initial stress: Elastic solution and its application

This paper presents an elastic solution to the pressure-controlled elliptical cavity expansion problem under the anisotropic stress conditions. The problem is formulated by the assumption that an initial elliptical cavity is expanded under a uniform pressure and subjected to an in-plane initial horizontal pressure Kσ_0 and vertical pressure σ_0 at infinity. A conformal mapping technique is used to map the outer region of the initial elliptical cavity in the physical plane onto the inner region of a unit circle in the phase plane. Using the complex variable theory, the stress functions are derived; hence, the stress and displacement distributions around the elliptical cavity wall can be obtained. Furthermore, a closed-form solution to the pressure-expansion relationship is presented based on the elastic solution to the stress and displacement. Next, the proposed analytical solutions are validated by comparing with the Kirsch's solution and the finite element method(FEM). The solution to the presented pressure-controlled elliptical cavity expansion can be applied to two cases in practice. One is to employ the solution to the interpretation of the shear modulus of the soil or rocks and the in-situ stress in the pre-bored pressuremeter test under the lateral anisotropic initial stress condition. The other is the interpretation of the membrane expansion of a flat dilatometer test using the pressure-controlled elliptical cavity expansion solution. The two cases in practice confirm the usefulness of the present analytical solution.