双重介质固气耦合模型及含夹层盐穴储气库渗漏研究

提出孔隙裂隙双重介质固气耦合理论;将夹层视为多孔连续介质,层间结构面视为裂隙介质,在建立双重介质固气耦合微分控制方程的基础上,提出双重介质固气耦合模型的求解策略并开发三维有限元计算程序;对含夹层盐穴储气库的天然气渗漏规律进行数值研究.研究结果表明:夹层、层间裂隙区为应力降低区,透气性远比岩盐体的强;在内压p=8 MPa时,在2 a的运行时间里,仅在距库壁125 m处夹层和层间裂隙内出现0.2 MPa的气压,气体渗漏率先增加后减小,最终保持平稳,表明在含夹层的岩盐矿床内建造地下储气库是可行的.     

岩盐储气库水溶建腔岩盐溶蚀模型研究

为了深入研究岩盐水溶机理及溶腔形状变化规律,在岩盐水溶物理机理研究的基础上,根据物质平衡原理和Fick第一扩散定律,导出了水溶造腔腔体边界变化的动边界方程,建立了完整的岩盐溶蚀数学模型.通过计算机数值求解方法,对岩盐溶腔过程进行了动态模拟研究.结果表明,该岩盐溶蚀数学模型能够有效的反映腔体形状的变化规律,指导储气库水溶建腔.     

三轴应力作用下岩盐溶解特性试验分析

岩盐地下储备库是能源储备重要方式。三轴应力作用下岩盐溶解特性的研究,为岩盐地下储库水溶造腔的形状控制、安全建设等提供理论基础。运用三轴岩盐溶解试验机进行了岩盐试样在三轴应力作用下溶解特性试验,研究发现在应力作用下岩盐溶解特性发生显著变化。计算分析了岩盐试样通水孔壁处应力与试样外部载荷轴压和围压的关系,运用等效应力描述通水孔壁处应力分布情况。采用多组围压条件下三轴应力和溶解耦合试验,分析了不同围压条件下岩盐溶解速率与等效应力之间的关系。研究结果表明,岩盐溶解速率随着等效应力的增大先缓慢减小,随之降到最低点,然后又随着等效应力的增加而迅速增大。三轴应力对岩盐溶解速率的影响主要是由于岩盐试样在三轴应力加载过程中造成试样内部裂纹发育及溶蚀面积的变化,在弹性阶段时溶蚀面积减小(裂纹闭合),溶解速率降低,而在塑形阶段时溶蚀面积增大(裂纹发育),溶解速率升高。     

用于核废料处理的岩盐溶腔力学特性

综合各国研究成果,分析岩盐的蠕变、渗透、防辐射力学效应、盐腔内卤水的热膨胀等力学特性、以及盐层倾角、岩盐溶腔围岩的应力和应变,溶腔的几何形状和溶腔顶板稳定性等影响岩盐溶腔稳定的主要因素,可知岩盐溶腔用于核废料处置是安全的并具有较好的应用前景.     

板料FLD试验胀形冲头形状影响研究

参考板料成形极限图(FLD)试验国家标准,采用不同形状的胀形冲头进行了板料的FLD对比试验.对试验数据分析后发现:半椭球头形状的冲头相比半球头形状的冲头,其样件的破裂位置更接近中心高点位置；在单向拉伸、平面应变和等双向拉伸的应力状态下,半椭球头形状的冲头和半球头形状的冲头分别引起板料的应变路径有所差异.分析了应变梯度对FLD试验的影响规律,指出FLD试验采用半椭球头凸模有利于提高试验的稳定性和精度.     

特厚冲积层冻结井壁受力机理与设计优化

为解决特厚冲积层冻结井筒的支护难题,对井壁受力机理和设计优化方法进行了探讨.井壁实际受力状态分析表明:特厚冲积层冻结井筒,外层井壁的内缘混凝土处于"拉-压"二向应力状态,其中环向处于压应力状态,竖向则处于拉应力状态;而内层井壁的内缘钢筋混凝土处于"压-压"二向应力状态,其中环向压应力是由静水压力或层间压力引起的,竖向压应力则是由自重应力等引起.根据现行混凝土结构设计规范,提出了特厚冲积层冻结井壁设计优化方法.工程实例应用结果表明:采用这一设计优化方法不但可以减薄井壁总厚13%,而且它与现行国家混凝土结构设计规范相衔接,各项参数取值有法可依,优化后的井壁工作状况正常.     

用GM屈服准则解析薄壁筒和球壳的极限载荷

首次将GM(几何中线)屈服准则应用于内压薄壁圆筒和球壳的塑性极限分析,获得了解析解.薄壁筒和球壳极限载荷均为壁厚、内径及材料屈服极限的函数.屈服极限越高、壁厚越大,内径越小,极限载荷越大.与Mises准则、双剪应力准则(TSS)和Tresca准则相比,GM准则解居于TSS和Tresca解之间且靠近Mises解,恰好对应误差三角形中线.按GM准则计算的极限载荷随厚径比的增加而线性增加.     

地下水平盐岩溶腔内薄夹层滑移失稳分析

盐岩与非岩盐夹层界面的滑移破损,严重影响地下岩盐储气(油)库稳定性和密闭性。为建立地下水平岩盐储库内薄弱夹层滑移破坏的理论判据,从力学基础理论出发,以椭圆形断面水平岩盐储库为例,对溶腔内薄弱夹层进行了界面上的应力分析;利用经典的库仑莫尔准则,综合考虑储库深度、内摩擦角、内聚力、内压以及夹层位置等因素,定义了薄弱内夹层滑移破坏的稳定因子。通过算例,分析了各个因素与岩盐夹层交界面滑移破坏的关系。本研究结果可以为地下水平型储库设计关键参数的确定提供理论依据。     

管状填充性椭圆形溶洞的围岩应力弹性解析分析

为分析含管状填充性椭圆溶洞的围岩应力,将实际工况简化为计及椭圆孔洞内压(q)的双向受压无限平面应力问题;以平面弹性复变方法为基础,把z平面椭圆外域保角映射到ξ平面圆外域,利用留数定理推导简化力学模型的2个复势函数φ1(ξ)和ψ1(ξ)的表达式,得到围岩任意一点应力分量(σρ,σφ,τρφ)的解析通式。随后,导出由孔洞内压产生的孔口附加应力场,讨论孔口应力随椭圆形状与围岩侧压系数λ的变化规律。研究结果表明:q产生的附加应力在孔口与x轴、y轴相交处分别有最大值、最小值;圆形孔洞无内压时,孔口应力的最大值随λ的增大而减小,最小值与λ无关。     

缺陷对连续油管极限承载能力影响分析

针对含有缺陷连续油管作业过程中极易发生卡断或拉断等事故,根据现场使用后的连续油管缺陷情况,把缺陷形状归为方形、球形和椭球形三种缺陷,并开展拉伸内压复合载荷工况下连续油管承载能力的研究。对比分析不同尺寸不同形状下含缺陷连续油管应力分布规律,在此基础上绘制轴向载荷(n=N/N_0)与内压载荷(p=P/P_0)包络线,通过现场数据直接判断连续油管是否在安全工作范围。通过有限元计算结果与API5C5标准计算结果验证有限元法的有效性和精确性。在此基础上开发含缺陷连续油管安全评估软件,获得不同型号不同缺陷形状情况下轴向载荷与内压载荷的包络线,为油田现场连续油管安全施工提供保障。