基于多元正态分布理论的盐岩蠕变参数概率分布

 根据某拟建储气库库址盐岩的蠕变实验数据和蠕变变化规律,基于伯格斯蠕变模型拟合得到该库区盐岩的蠕变参数。将各蠕变参数当作随机变量,考虑盐岩形成过程及蠕变实验过程中多种随机因素对蠕变参数的影响。考虑各蠕变参数之间的相互联系,假设由各蠕变参数变量共同构成的五维总体随机样本服从五元正态分布,求解得到该五元正态分布的联合密度函数,通过协方差阵揭示各蠕变参数之间的联系,并利用χ²统计量的Q-Q图检验法对多元正态假设进行检验。结果表明,由各蠕变参数变量共同构成的五维总体随机样本可以很好地服从五元正态分布。研究结果可为盐岩蠕变参数概率分布的研究提供参考。     

盐岩夹层蠕变特性实验研究与理论分析

通过对湖北应城盐岩夹层160 d的单轴压缩蠕变试验研究,可知湖北应城盐岩夹层具有良好的蠕变特性,盐岩夹层蠕变来自两部分,一部分为盐岩蠕变,另一部分来自夹层蠕变,且纯盐岩蠕变率高于夹层,横向应变率大于夹层。根据试验结果,拟合试验曲线得出了盐岩夹层蠕变经验公式,由最小二乘法得到盐岩夹层蠕变经验公式拟合参数;并分析了曲线特征,建立了盐岩夹层蠕变理论模型,得出了盐岩夹层的粘弹塑性本构方程,为盐岩矿床油气储库的稳定性分析提供了依据。     

深水钻井井身结构设计参数的选取

深水钻井具有自然灾害多、安全作业窗口窄、完井井眼大的特点。在实际工程设计中面临着套管下入层次多、可选尺寸少等问题,增加了深水井身结构设计的难度;因此在实际工程中特别需要更科学的井身结构设计方法。鉴于目前海洋钻井手册井身结构设计采用的设计参数是陆地钻井的经验值,缺乏对深水作业特点的考虑,因此十分有必要研究这些参数对于深水的适用性,以避免因设计不合理而造成的井下事故。在充分考虑深水钻井特点的基础上,给出了深水油气井井身结构设计参数的选取办法及推荐值;与传统的井身结构设计方法相比,深水井身结构设计还要考虑深水作业过程中隔水管解脱的工况,以及当量循环密度、井涌余量等参数的影响。研究对陆地及浅海钻井井身结构设计也具有一定的借鉴作用。     

井身结构优化设计及配套技术研究

井身结构设计是钻井工程的基础设计。要实现科学、优质、经济、安全地钻井作业,取得预期的钻探目的和经济效益,最重要的前提就是要有合理的井身结构。井身结构优化设计,就是对下入井中的套管直径、深度、层数以及井眼直径、管外水泥上返高度等油气井构成元素做出最优的选择。在工程设计过程中,综合考虑地质分层、地层压力、油气层位置、固井质量、钻井液性能等因素,对其井身结构进行一系列筛选与优化,得出合理方案。本文通过对国内外井身结构优化设计调研与分析,对深井、水平井等井身结构设计原则,设计系数以及主要的设计方法等进行了主要对比和论述。     

盐岩时效特性实验研究与理论分析

通过对盐岩单轴、三轴的强度与蠕变实验结果的分析,研究了应力状态对盐岩的强度及其时间相关性特征的影响。分析结果表明:盐岩是一种软岩,围压对盐岩力学性质影响较大;盐岩稳态蠕变率是应力状态的函数。通过实验获得的蠕变曲线和岩石参数,回归出了盐岩的蠕变本构方程,结果表明该方程能较好的模拟实验结果。     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

含杂质盐岩典型蠕变模型的参数识别与对比分析

通过分级加载蠕变试验,测定了两组成分相近、杂质随机分布的盐岩蠕变数据。基于一组试验数据,对目前常用的几种盐岩蠕变模型,Bailey-Norton模型、伯格斯(Burgers)模型、西原模型和分数阶蠕变模型蠕变模型参数进行参数识别,并采用识别的参数计算另一组的蠕变变形,对比分析各个模型在描述含杂质岩盐蠕变变形方面的适用性。结果表明:分数阶蠕变能较好地刻画盐岩蠕变损伤引起的力学性能变化。本文给出的典型盐岩蠕变模型参数和模型对比分析结果,含杂质盐岩蠕变研究中,模型选用和参数识别具有一定的指导意义。     

层状盐穴储库中三种典型岩石蠕变特征

为研究中国盐穴储库中三种典型岩石的长期蠕变特征,展开了纯盐岩、含盐泥岩以及钙芒硝盐岩单级加载时长为14 d、总时长约为60 d的单轴分级加载蠕变试验,并对蠕变过程中盐岩的轴向及横向蠕变应变进行了测量。试验结果发现:①蠕变破坏后,纯盐岩的变形远大于含盐泥岩、钙芒硝盐岩,纯盐岩的最终轴向、横向蠕变应变量分别为5. 70%、-2. 93%,含岩泥岩最终轴向、横向蠕变应变量分别为1. 09%、-0. 67%,钙芒硝盐岩最终轴向、横向蠕变应变量分别为0. 32%、-0. 14%;②纯盐岩的长期强度低于含盐泥岩,钙芒硝盐岩强度最高,纯盐岩试件对应的长期强度约为11. 26 MPa,为短期抗压强度的45. 04%,含盐泥岩的长期强度值为21. 50 MPa,为短期抗压强度值的47. 78%,钙芒硝岩盐的长期强度最高,达到37. 42 MPa,为短期强度的49. 89%;③轴向、横向等时应力-应变曲线拐点能够相对应,基于横向蠕变曲线的等时应力-应变法能够确定盐岩的长期强度。     

损伤层状盐岩蠕变-渗透的流固耦合实验研究

以湖北云应盐矿地下600~700 m含泥岩夹层的氯化钠盐岩试件为研究对象,进行层状盐岩的蠕变-渗透试验。研究结果表明:单轴压缩条件下层状盐岩的衰减蠕变、定常蠕变阶段显现,定常蠕变率保持在7.05×10-6/d左右;在定常蠕变阶段,盐岩层微裂隙稳定扩展,盐岩层与泥岩夹层蠕变特性的差异诱发盐岩-泥岩夹层出现剪切损伤破裂,这种层状盐岩的蠕变破裂为渗流提供了通道;未扰动的层状盐岩致密,渗透性差,而蠕变损伤状态下的层状岩盐透气系数呈数量级增加,而且渗透性能的流固耦合效应十分显著,渗透系数随体积应力与渗透压的变化而发生变化,定常蠕变阶段损伤层状岩盐的渗透系数k与有效体积应力Θe遵循负指数函数规律,其流固耦合方程为:k=2.046 2×10-10exp(-0.061Θe),这可对层状盐岩油气储库的渗漏安全评价提供参考。     

盐岩蠕变对固井质量的影响

盐岩具有较好的可塑性,在钻井及固井过程中易发生塑性变形或蠕动流动,经常造成盐岩层段固井水泥胶结较差。为给盐层段固井质量评价提供理论依据与指导,通过盐岩力学及蠕变实验获取了盐岩力学特征及蠕变特性参数,构建了盐岩蠕变模型,分析了研究区的实际工程资料。结果表明：相同应变条件下,围压越大,盐岩承载能力越强,弹性模量越大;不同围压条件下,盐岩表现为典型弹塑性变形特征,盐岩破坏类型为扩容破坏;偏应力越大,瞬时弹性应变越大,稳定蠕变应变率越大;随着盐岩的蠕变,固井二界面密封能力在短时间内迅速增大,1000h后增速变缓并以一较小的稳定速度继续增大,且工程实践与数值模拟结果得到相互验证。可见评价模型与方法对盐岩层段固井质量评价具有积极实践意义,亦可对其他地区类似地层提供有意义的借鉴。     

不同加载路径下盐岩蠕变特性试验

为了研究加载路径对盐岩蠕变特性的影响,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了3种不同加载路径的蠕变试验,分析了盐岩在不同加载路径下的蠕变变形规律。结果表明,在恒围压、分级增加轴压加载路径下,随着轴向应力增加,盐岩瞬时应变、蠕变应变和蠕变速率均逐渐增大,衰减蠕变阶段持续的时间也逐渐延长;在恒轴压、分级卸围压加载路径下,当围压小于某个特定值时,围压的变化对盐岩蠕变特性产生一定的影响,当围压高于该值时,盐岩的蠕变特性似乎与围压无关,且从试验结果来看,该值应在4 MPa以上;在恒轴压、循环围压加载路径下,围压及其循环周期对盐岩蠕变特性的影响非常大,降围压阶段盐岩蠕变速率明显高于升围压阶段,且围压循环周期越小,降围压阶段蠕变速率与升围压阶段蠕变速率的比值越大,周期越大,该比值越小。     

盐岩水平储气库的相似模拟建腔和长期稳定性分析

利用地下盐穴作为油气储库是一种常见的方法。但由于中国地下盐矿层状盐岩居多,特点是单层厚度薄,不溶物含量高,因此单井造腔腔型控制难度大,造腔速度慢。根据双井对流建库方法,通过实验模拟建造的水平盐穴为模型基础,依据湖北云应地区盐矿地质条件和盐岩的物理力学性质,数值模拟其在不同埋深情况下建造后腔体长期运行体积收缩情况。通过实验发现采用双井对流造腔方法建设储气库是可行的,腔体的形状可以通过流量和油液分界面来控制。对地下盐岩水平储气库的岩石长期蠕变模拟发现,水平储气库随着埋深越大相同蠕变期内条件下腔体的体积收缩率和腔体周边塑性变形区体积也越大,同时使用寿命也越短。     

豫南燕山期花岗岩蠕变特性及非线性蠕变损伤模型

豫南信阳地区燕山期高钾钙碱性 I型花岗岩分布广泛,岩石性质对深埋地下洞室围岩开挖及支护设计具有重要影响。以豫南某大型水电站地下厂房区花岗岩为研究对象,在对其地质分布情况及矿物成分调查测试基础上,进行三轴压缩蠕变试验,揭示了围岩蠕变特性及加载过程中的损伤演化性质,采用等时曲线法进行花岗岩蠕变长期强度分析。考虑蠕变过程中岩石发生的损伤累积,建立变黏性系数的黏壶元件,并代替传统西原正夫模型中Newton黏壶,构建了能够描述加速蠕变阶段的蠕变损伤模型。研究结果表明：在整个蠕变过程中,花岗岩的总变形量以瞬时弹性变形为主,最终的蠕变破坏表现出脆性剪切破坏的特征;围压对剪切裂缝的扩展具有主要抑制作用;长期强度随围压增大而减小,与常规三轴试验结果相比,长期强度分别下降6.37%和21.0%;采用Levenberg-Marquardt优化算法+通用全局优化算法对非线性蠕变损伤模型进行参数辨识及拟合,理论值与试验值吻合较好,验证了非线性蠕变损伤模型对于岩石全过程蠕变特征描述的合理性及适用性。研究成果对保障豫南燕山期花岗岩地区的工程建设优化设计和安全建设具有重要意义。     

高层钢结构施工过程时变模型理论与跟踪监测

针对混凝土的时变变形对钢管混凝土组合结构施工过程中结构受力的影响,基于CEB-FIP中的混凝土时变模型,提出了对钢管混凝土组合高层框架结构进行施工过程计算的时变模型,以考虑结构的施工顺序和诸如混凝土的收缩、徐变等时变效应的影响以反映此类结构的真实特性.通过某21层钢混组合高层框架结构的数值模拟与现场监测结果的对比表明:提出的分析模型能够真实反映结构复杂的施工过程及材料时变特征和结构几何非线性对结构性能的影响,数值模拟结果表明混凝土收缩和徐变引起的结构变形在高层结构设计中不容忽视.     

基于屈服接近度的盐岩储气库多因素优化

利用深部盐岩洞穴进行能源地下储备是国际上广泛认可的能源储备方式,利用盐岩进行地下能源储存也已成为中国能源战略储备的重点部署方向。对于盐岩地下储库群来说,不同的设计、运行方案对地下储库的安全性影响也是不同的。针对该问题研究盐岩储库群的布置形式、矿柱宽度及运行压力对于围岩的稳定性的影响。引入屈服接近度(yield approach index,YAI)的概念,通过大量的数值模拟,以YAI作为定量参数,对比各种不同工况下储库群的围岩稳定性情况,给出盐岩地下储库群的优化布置方案,同时也得到了不同储气压力作用下的腔群稳定性结果。研究成果可为盐岩地下储库的工程设计、建设及运营管理提供有益参考和借鉴。     

考虑施工过程任意截面偏压构件收缩徐变分析

将施工过程引入任意截面偏心受压构件收缩徐变的计算分析,考虑偏心受压构件轴力变化、混凝土弹性模量变化、环境的变化及配筋率对截面内力重分布的影响,利用混凝土徐变中值系数和混凝土弹性模量中值系数,推导出了任意截面偏心受压构件收缩徐变的计算公式,最后对一实际工程进行了施工过程混凝土收缩徐变跟踪测试．结果表明,考虑施工过程与不考虑施工过程的计算结果有较大的差别,所提出的计算公式与实测结果较相符,符合实际受力模型,可供工程设计参考．