体积压裂套管剪切变形载荷分析及强度设计

页岩气开发过程中井筒穿越天然裂缝/断层,体积压裂时天然裂缝/断层容易被激活,导致套管剪切变形,套管内径缩小,井下工具无法下入。目前对套管剪切变形条件下的受力分析较少,现有研究主要采用套管Mises应力屈服准则判断套管失效,该准则对于套管大剪切变形问题已不适用。为探究天然裂缝/断层滑移导致的套管剪切变形问题,建立套管-水泥环-地层组合体有限元模型,对位移载荷作用下的套管力学行为进行研究。分析了各因素对套管受力及缩径量的影响,并提出套管缩径量与应力相结合的套管外载设计方法。研究结果表明:套管剪应力及Mises应力随地层滑移量增大而增大,在10 mm滑移量作用下,套管Mises应力已超过屈服强度,建议采用剪切载荷进行强度校核;套管缩径量主要集中在距离滑移面1 m范围内,套管局部区域出现膨胀现象;考虑套管变形量的载荷设计可以有效防止体积压裂过程中套管变形导致压裂工具无法下入的问题。     

深部盐膏岩地层套管磨损后等效应力分析

针对盐膏层蠕变和套管磨损联合作用下套管变形破坏的关键技术难题,结合室内盐岩蠕变试验,确定盐膏岩的蠕变参数,考虑盐膏层蠕变的影响,研究深部盐膏层非均匀地应力条件下蠕变、磨损程度、磨损位置对套管等效应力的影响.结果表明:蠕变在一定程度上降低了磨损套管抵抗外部载荷的能力,套管等效应力的非均匀性增强;随着蠕变时间的增加,套管等效应力逐渐增加,在1 a左右达到平衡;套管磨损越深,套管的等效应力越大且非均匀性越强;磨损位置明显改变了套管等效应力的分布规律,沿最小地应力方位磨损时,套管等效应力最大,最容易屈服;磨损位置不同时,只有当磨损程度较小时套管最大等效应力才出现在水平最小地应力方位;沿0°方向磨损时,只有当磨损程度较小时才会有“套管最大等效应力随磨损程度变化不大”的结论.     

非均匀地应力下套管偏心对抗挤强度的影响

在常规地层条件下,套管的强度具有足够的富余量,因而一般对套管的偏心影响考虑较少.但在深井及盐膏层地层中,套管偏心的影响不可忽略.针对塔里木油田英买力区块钻进过程中出现的技术套管受挤变形问题,建立有限元模型,分析套管偏心对套管抗挤强度的影响规律,绘制套管偏心与套管最大应力的对应关系图,回归套管偏心与套管最大应力关系的计算公式.研究结果表明,非均匀地应力下,在最大地应力方向,套管偏心距越大,套管抵抗非均匀载荷能力越强;在最小地应力方向,套管偏心距越大,套管越容易挤毁.最后,利用研究结果确定了该区块的最低钻井液密度,从而有效地解决了套管变形问题.     

管内压力变化速率对套管强度的影响规律研究

对某油田3口典型井遇阻井段的综合情况进行分析,发现这3口井出现的套管强度问题都有一个共同的特点,即在钻完盐膏层并固井以后,如下部地层为稳定地层就需要降低钻井液密度,当密度下降到一个值后,套管出现弹性变形,造成钻头难以通过,因此,套管内钻井液密度的下降过程也将对套管变形产生影响。通过建立管内压力变化速率对套管应力影响的有限元分析模型,并对其进行分析研究,结果表明:当压力变化速率越快时,套管代表单元上的应力增大速率也越快,且最大值也越大;降低管内压力变化速率可以有效降低套管中的应力值,也即延长密度置换时间有利于套管抗挤,防止套管变形。     

汶川地震中紫坪铺混凝土面板堆石坝震害分析

汶川地震中,紫坪铺混凝土面板堆石坝坝坡、面板和结构缝均出现一定程度的破坏,大坝发生了整体变形.根据这些震害现象,结合振动台模型试验和数值分析的成果,从坝坡破坏性态、坝顶加速度反应、面板应力与变形、大坝的地震变形和面板缝的破坏形式几方面讨论了面板堆石坝破坏机理和抗震性能.在此基础上,对面板堆石坝抗震设计的着力点和抗震措施提出了建议:在面板堆石坝抗震设计中,高面板堆石坝上部面板在地震中可能出现的高应力区是着重点之一;应该考虑坝体地震永久变形对面板附加应力的影响;应特别注意坝顶区堆石体的稳定,建议选择钉结护面板加固方案,从而提高地震时坝顶区堆石体的整体稳定性.     

页岩-液体作用对套管变形的影响研究

页岩气井压裂后套管变形问题严重，已成为制约页岩气资源高效开发的瓶颈，但目前引发套变现象的原因仍认识不清，且无有效防治措施。根据页岩结构特征及力学性质，结合数值模拟技术对页岩-液体作用对套管变形的影响及其防治措施开展研究。结果表明，由于液相侵入导致的裂缝层间膨胀会造成页岩在液体作用下产生微弱形变，由于页岩力学强度高，且水化后仍具备较高的弹性模量，造成液-岩反应后的膨胀变形会产生较强的作用力，在无应力释放的情况下该作用力施加在套管上导致套管应力增加，对套管变形产生重要影响。水泥环弹性模量的降低以及密集射孔能够对防治套管变形起到积极作用。     

重力坝抗震性能有限元分析

建立了重力坝结构的有限元分析模型。采用静力理论和动力理论,对坝体进行了静力分析和动力分析,得到了坝体变形图、合位移等值线图、有效应力等值线图、坝体振型图。通过分析可以得到地震载荷对坝体产生的影响,并为坝体的设计提供理论依据。     

浅议地震保险对策及建议

作为常见的自然灾害之一，地震对我国民生影响很大。以2008年5月12目的四川汶川震灾为例，截至2008年6月16日．四川汶川地震已造成69170人遇难，374159人受伤，17426人失踪。这次汶川地震造成的经济损失估计在5000亿元以上。作为社会风险管理和经济补偿功能的履行者，保险业肩负着分散风险，降低地震损失、保护民生的重要责任。     

拉伸载荷作用下套管接头的特性分析

利用有限单元法轴对称模型，分析了8牙圆螺纹套管接头在拉伸载荷作用下的应力和变形，给出了负荷和各应力沿轴向的分布规律．     

大型空泡水洞试验设施结构有限元分析

大型空泡水洞试验设施是目前国内规模最大的水洞系统,为评估其整体结构强度和抗震设计安全性,对空泡水洞结构进行三维有限元数值分析,考虑正常工作工况和地震载荷作用极限工况下的结构刚强度,基于振型分解反应谱法计算了地震惯性加速度载荷,并对结构地震位移响应进行校核。结果表明：空泡水洞的结构变形在正常工作工况主要表现为水洞内壁的膨胀变形,在极限工况下主要表现为由地震载荷引起的水洞顶部水平位移;空泡水洞高应力区域主要位于结构角隅处的筒壁和加强筋。这对国内自主研发大型空泡水洞具有重要的借鉴意义。