基于监测信息的井壁广义附加力数值模拟反演

竖直附加力是导致井壁破裂的关键因素,合理确定该附加力的大小对于分析、预测及评价井壁的安全状态有重要意义.有限元模拟表明,水平地压保持不变时,随竖向附加力的增加,井壁竖向压应变呈增大趋势,而环向压应变呈减小趋势;而实测结果却显示井壁竖向、环向应变均呈受压增加趋势.文章以某深厚表土层中的井壁为例,通过实际监测信息指导下的有限元模拟反演分析,得到竖向附加力和水平地压的增加量,有限元模拟结果与实测吻合,为正确分析井壁结构的外载荷提供了一种基于监测与数值模拟结合的方法.     

海上钻井井壁稳定性研究及应用——以A-1井为例

井壁的稳定性问题是一项急需解决的世界级难题,井壁失稳在世界范围内的各个油田中普遍存在。A-1井是一口位于东海某区块的直井,根据相邻已钻井复杂情况统计可知,该区块遇阻、掉块、卡钻等问题频发。将理论分析与数值模拟相结合,通过收集大量的地质、地震、钻井和测井资料,选择合适的理论模型,预测计算了A-1井的地应力、孔隙压力、破裂压力、坍塌压力等,绘制出了地层七压力剖面图,进而得到该井的安全钻井液密度窗口。经与实测点比对,孔隙压力和破裂压力的预测误差均小于5%。基于弹塑性力学理论,分析井壁围岩的应力状态,并利用ABAQUS软件对井壁稳定性进行数值模拟,分析钻井液密度对井筒稳定性的影响。结果表明：在低钻井液密度条件下,井周应变不均匀性明显,最小主应力方向上的井周应变远大于最大主应力方向上的井周应变;而在高钻井液密度下,井周应变较为均匀,没有明显的差异性。研究成果为了解目标区块井壁稳定机理提供了有力工具。     

龙东井壁变形监测及分析

本文主要介绍了龙东煤矿主井井壁纵向位移变形及副井井壁应力应变变化的监测方案与方法、监测结果及分析.     

基于渗流-应力-损伤耦合模型的泥页岩井壁稳定性研究

石油钻井过程中,泥页岩地层井壁稳定性研究十分复杂。本文在连续损伤力学理论基础上,将塑性损伤演化及渗流相互耦合的概念引入Mohr-Coulomb破坏准则,建立了基于等效塑性应变的损伤演化模型,给出了泥岩的渗透性的演化方程。以中国西部某油田实际钻井过程为例,建立了井壁稳定分析模型。计算过程中考虑了围岩损伤引起的弹性模量、黏聚力和渗透系数的变化,得到了井壁围岩损伤、渗透系数、应力、塑性应变、孔隙压力和位移的分布规律。结果表明,井壁附近岩石的损伤演化对围岩塑性区的塑性应变和应力分布有明显影响。钻井液密度的高低,会造成井壁在水平最小主应力方向上的剪切损伤或在水平最大主应力方向上的拉伸损伤。当损伤达到极限时,会造成井壁围岩的破坏。     

含水合物地层井壁力学状态的弹塑性解析分析

含水合物地层钻井引发井壁周边温度和渗流压力变化,可能导致水合物分解,对井壁安全产生不利影响。基于Mohrp-Coulomb准则、理想弹塑性模型以及非关联流动法则,针对含水合物地层中井壁力学分析, 建立了稳态轴对称平面应变模型,考虑水合物分解对地层温度、渗流和力学特性的影响,得到了欠压和过压钻井条件下井周应力及位移的解析解答,与相同假定下有限元模型、复杂数值模型的结果吻合较好。结果表明一定范围内水合物分解范围的增大会引起塑性区显著扩展。水合物分解引起的弹性模量劣化在欠压条件下将引起塑性区范围减小,在过压条件下则引起塑性区范围增大。     

多荷载耦合作用下立井井壁潜在破坏区的确定

首先采用弹性理论对立井井壁进行了分析,建立了井壁破坏的理论模型,进而采用通用有限元软件ANSYS,建立了立井井壁的大型三维分离式有限元数值模型.运用这两种模型详细研究了多种荷载耦合作用对立井井壁的影响,多种荷载包括:随深度变化的土压力、随时间变化的疏水附加力以及井壁自身重量.确定了立井井壁在这三种荷载综合作用下的应力、应变集中区,论证了井壁破坏理论中疏水附加力理论的正确性,对井壁设计理论以及加固区域的确定提供了一定的理论指导.本文有限元模型的建立方法以及得到的结论,在一定程度上丰富了立井井壁理论的内容,增加了立井井壁理论研究的方法,促进了井壁附加应力说的发展.     

GM(1,1)模型在井壁安全监测中的应用

为了对井壁安全进行合理评价,及时开展井壁的维护和治理工作,利用灰色系统理论的GM(1,1)模型,将监测到的附加应变数据视为灰色量,运用数列方法进行数据生成、拟合和预报.结合某矿实际监测数据进行预测分析,实践表明,该模型具有较高的拟合和预测精度,采用灰色预测方法对井壁附加应变进行预测是可行的.     

井壁漂浮下沉期应变分析

对河北省唐山市某竖井工程施工中井壁漂浮下沉过程中任意断面的环向应变进行了弹性力学分析与有限元数值分析,通过将计算结果与实测数据进行对比,二者均与实测数据吻合较好,弹性力学解答、有限元数值分析结果与实测数据均表明环向应变与下沉深度几乎呈线性关系.有限元数值分析结果和实测数据表明,在此施工阶段中环向应变大于竖向应变.     

局部荷载作用下立井井壁破坏形式研究

针对立井井壁受局部荷载破坏问题,如因破壁注浆压力过大而导致的井壁破坏,采用有限元数值分析的技术手段,利用大型通用软件ANSYS建立了钢筋混凝土立井井壁的三维有限元模型,详细分析了其在局部荷载作用下应力、应变以及最终失稳形态,找出了其最先破坏位置以及破坏发展过程,指出了与均布荷载作用下破坏形式的不同,为实际工程中立井井壁加固位置的确定及破壁注浆极限压力的确定提供一定的理论依据。同时将ANSYS的屈曲分析应用到立井井壁极限承载力的分析中,避免了繁琐的理论解析过程,建立了一种能够迅速判断立井井壁在局部荷载作用下极限承载力的方法,可以为壁后注浆加固工程进行及时的指导,在现实工程中有着极为广阔的应用。     

非均匀水平应力场中井壁结构的优化设计研究

为了寻求非均匀水平应力场中井壁的合理结构,克服传统等厚井壁在非均匀水平应力场中因应力分布不均而造成井筒结构局部挤压过度而发生破坏,本文用内壁为圆、外壁为椭圆的井壁结构代替原来的等厚井壁,利用有限元数值计算软件,对井壁结构的受力和变形进行数值模拟分析,运用有限元软件的优化设计模块,对特定条件下非均匀水平应力场中井壁的断面形状进行了优化设计研究.研究结果表明:非均匀水平应力场中,等厚度的圆形井筒内壁应力分布并非均匀,不利于井筒稳定性的保持;采用外壁为椭圆形,内壁为圆形的井壁结构,可实现井壁中应力分布状态基本均匀的效果;在外壁从圆形向椭圆形过渡中存在一个最优点,偏离最优点两端越远应力分布越不均匀,这个最优点就是井壁应力分布状态最均匀的状态点,此时井壁的变形、应力分布比较合理,对井筒的稳定性非常有利.     

高强钢筋混凝土井壁水平极限承载特性实验

摘要：针对西部地区某煤矿冻结井筒的支护问题,根据相似理论,采用模型实验方法研究了高强混凝土井壁的水平极限承载特性。实验结果表明：井壁结构在水平荷载达到10MPa后,钢筋应力进入屈服应力阶段,表现出明显的塑性流动;井壁破坏荷载达18．4MPa,破坏前混凝土的最大环向应变可达-3400×10^-6。实验结果可为井筒支护参数优选和工程监测提供参数。     

深立井基岩段井壁地压应力研究

揭示深立井及超深立井基岩段井壁地压应力的理论分析方法,为基岩段立井井壁的优化设计奠定基础。首先将立井基岩段井筒及围岩均按照轴对称受力状况建立力学模型,依据井筒开挖前后围岩受力状态的分析,通过围岩内表面与井筒外壁环向或径向应变相等原理,然后依据轴对称原理、弹性理论、静不定问题的求解方法等理论,求解出基岩段井壁地压应力的分布规律。所举算例得到的结果较为充分地反应了井壁中地压应力在井壁结构设计中的作用。其结果对深立井井壁结构的优化设计具有极为重要的指导作用。     

概率统计法确定钻井井壁荷载标准值

根据概率理论,将作用于钻井井壁上的荷载分类模化。通过对实测荷载值的统计分析,再经荷载效应组合,确定了钻井井壁荷载标准值及其分布函数,这为钻井井壁设计向概率极限状态设计法过渡提供了重要参数。     

煤矿立井井筒非采动破裂治理新方法设计

在与现有立井井筒非采动破裂治理方法对比的基础上,分析了混凝土灌注摩擦桩加固地层的井壁破裂治理新方法的可行性及优缺点,并采用数值模拟方法对于治理前后底含处井壁附加剪力进行模拟计算,结果表明,在相同水头降的情况下,治理后的井壁附加剪力较治理前明显减小,因此认为混凝土灌注摩擦桩治理方法对于井壁非采动破裂治理具有很好的效果．     

开切双卸压槽井壁与表土共同作用的力学特性

利用ANSYS分析软件对开切双卸压槽井壁与表土共同作用的受力机理进行了分析。通过计算可知,开切单卸压槽后内层井壁竖向应力衰减率为38.6%左右,开切双卸压槽后内层井壁竖向应力衰减率为59.5%左右。由此可见,开切双卸压槽极大地改善了内层井壁的受力状况。内层井壁开切双卸压槽后,当地表再次下沉且下沉量小于卸压槽的允许压缩量时,井筒内、外壁和地层变形协调,内层井壁上的竖向应力以及外壁上的竖向摩擦力均没有急剧变化。     

钢纤维高强混凝土井壁极限承载力数值计算

我国新建井筒所穿越的表土层越来越厚,急需提高井壁结构的强度,越来越多的井壁采用钢纤维高强混凝土。将影响该种井壁水平极限承载力的主要因素进行无量纲化,通过数值计算试验,发现了井壁水平极限承载力与影响因素之间的规律,归纳得到了计算公式。     

双层钢板混凝土复合井壁设计计算方法研究

通过对双层钢板混凝土复合井壁结构受力分析指出,由于内、外钢板筒的约束作用,中间混凝土层完全处于三轴受压应力状态,混凝土抗压强度得到了较大程度地提高。根据现行混凝土结构设计规范关于多轴应力状态下混凝土强度验算的相关规定,提出了双层钢板混凝土复合井壁设计计算新方法,并得到了模型试验的验证,通过实例计算结果表明,采用这一新方法设计的井壁结构不但安全可靠,而且还可大大降低井壁混凝土的设计强度等级或减薄井壁厚度,解决了特厚表土层钻井井壁结构的设计计算难题。目前,该方法已应用于工程实际的井壁结构设计中。     

厚表土层中滑动可缩井壁结构设计

研究了厚表土层中有竖直附加存在捍的新型井壁结构形式,阐述了滑动可缩井壁结构各部分的受力特点和计算模型,提出了新的井壁设计方法,为工程设计和应用提供了可靠的依据。     

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.     

装配式钢管混凝土内支撑在盾构竖井深基坑工程中的应用

针对盾构竖井内开挖深基坑时出土作业面小、基坑深度大等特点,提出一种装配式钢管混凝土(PCFT)内支撑结构.该PCFT内支撑结构由双肢矩形钢管轻集料混凝土构件和锚固件通过高强螺栓装配而成.以北京地铁17号线某盾构竖井深基坑工程为背景,开展PCFT内支撑基坑支护设计及应用.对支撑轴力、围护桩变形、桩顶位移和地表沉降进行了信息化监测,并在工程实践中总结和优化PCFT内支撑设计及施工技术.实施效果和监测结果表明:PCFT内支撑架设施工技术简便易行,在有效控制基坑稳定和周边环境安全的基础上,极大地提高了盾构竖井深基坑工程施工安全性和便利性.