非均匀地应力下蠕变地层套管的载荷分布

地层蠕变效应是引起套管损坏的主要原因之一,在非均匀地应力下,如何计算蠕变地层作用于套管上的最终稳定载荷是一个非常困难的问题.将套管看成弹性体,把地层视为无穷大的粘弹性体,建立了非均匀地应力条件下蠕变地层的开尔文模型本构方程,运用应力分析法和拉普拉斯变换法,求解出非均匀地应力条件下蠕变地层套管的载荷,并分析了套管载荷的分布.结果表明,当套管刚度较大时,经过足够长的时间,套管载荷趋于一个稳定的最大载荷分布,且其值接近于完全弹性解.     

非均匀地应力下蠕变地层套管的载荷与变形关系

蠕变地层中套管载荷与套管变形是两个相互作用的因素,给出了非均匀地应力下蠕变地层套管载荷和变形的解析解。地层蠕变效应是引起各类套管大量损坏的主要原因之一,在非均匀地应力下,如何计算蠕变地层作用于套管上的最终稳定载荷和套管最终变形,这是两个很难解决的课题。将套管看成弹性体,把地层视为无穷大的黏弹性体,利用非均匀地应力条件下蠕变地层的开尔文模型本构关系,运用半逆解法和拉普拉斯变换法,完善了非均匀地应力条件下蠕变地层套管载荷的解析解,进而求出了套管变形的解析解;研究了非均匀地应力下蠕变地层中套管载荷的分布规律和变形的影响因素。结论对蠕变地层中套管的选用有重要的参考价值。     

蠕变地层套管等效破坏载荷分析

蠕变地层套管损坏的主要原因是套管外壁受到蠕变地层的非均匀载荷作用,套管本体抵抗非均匀载荷能力远远低于套管抗挤强度而产生缩径变形.通过分析蠕变地层套管非均匀载荷的分布形式,并考虑在该非均匀载荷作用下套管的强度特征及固井水泥环力学性能对套管抗非均匀载荷影响的基础上,采用有限单元法,分析了蠕变地层套管本体、固井套管组合体的等效破坏载荷.结果表明,非均匀载荷作用下套管的抗载能力迅速下降,提高固井水泥性能,切实保证固井质量将显著提高套管抵抗非均匀载荷的能力.     

蠕变地层套管等效破坏载荷分析

蠕变地层套管损坏的主要原因是套管外壁受到蠕变地层的非均匀载荷作用，套管本体抵抗非均匀载荷能力远远低于套管抗挤强度而产生缩径变形。通过分析蠕变地层套管非均匀载荷的分布形式，并考虑在该非均匀载荷作用下套管的强度特征及固井水泥环力学性能对套管抗非均匀载荷影响的基础上，采用有限单元法，分析了蠕变地层套管本体、固井套管组合体的等效破坏载荷。结果表明，非均匀载荷作用下套管的抗载能力迅速下降，提高固井水泥性能，切实保证固井质量将显著提高套管抵抗非均匀载荷的能力。     

流变地层地应力场中套管载荷的理论解

利用求解线性粘弹性问题的弹性粘弹性对应性原理,利用已有的弹性解,求得了考虑地层符合Kelvin流变规律的情况下,地应力场中套管载荷的理论解,并给出了松弛时间的解析表达式.研究表明,流变地层地应力场中套管载荷随时间变化,存在一临界时间,使得套管载荷有最值,当时间足够长时,粘弹性解与相应的弹性解一致.用套管弹性解定义的套管地应力载荷,稍低于流变地层中套管所受最大压力.因此在设计时,或者将弹性计算载荷适当增大,或者将安全系数适当增大,以保证套管安全.     

蠕变地层套管外载计算的位移反分析法

套管外载计算是蠕变地层套管受力分析的难题,由于套管周围应力场比较复杂和地下环境多样,难以直接求解.根据弹性力学理论,建立了套管在地层蠕变引起的椭圆形非均匀外载下的力学模型,并应用逆解法对该力学模型进行求解,得到了在非均匀外载下套管的应力和位移计算式.基于套管内壁变形的实测资料,利用阻尼最小二乘法建立了套管外载反分析模型,提出了确定套管外载的反分析方法,讨论了反分析法的应用.实例分析表明,载荷反求值与真实值吻合较好,拟合精度较高,说明这种方法具有较好的实用价值.     

蠕变地层套管外载计算的位移反分析法

套管外载计算是蠕变地层套管受力分析的难题，由于套管周围应力场比较复杂和地下环境多样，难以直接求解。根据弹性力学理论，建立了套管在地层蠕变引起的椭圆形非均匀外载下的力学模型，并应用逆解法对该力学模型进行求解，得到了在非均匀外载下套管的应力和位移计算式。基于套管内壁变形的实测资料，利用阻尼最小二乘法建立了套管外载反分析模型，提出了确定套管外载的反分析方法，讨论了反分析法的应用。实例分析表明，载荷反求值与真实值吻合较好，拟合精度较高，说明这种方法具有较好的实用价值。     

非均匀地应力下水泥环完整性规律研究

套管-水泥环-地层系统界面的密封失效,将导致高压气体上窜至井口而引起环空带压,给油气田的勘探开发带来安全、环保隐患。通过研究直井水泥环在各种应力状态下的变形破坏特征,揭示了水泥环力学特性对其水力胶结失效的影响规律,发现较高的内压下,在水平最小地应力方位水泥环内壁有进入塑性的可能性;在45°方位上水泥环内壁有发生剪切滑移破坏,造成水力胶结失效的可能性;但是水泥环产生拉伸破坏的可能性较小;所以水泥环内壁是危险面,为了防止水泥环失效,水泥环应该具有低模量,高强度和高泊松比的特性。     

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.     

非均匀外载荷对套管承载能力的影响分析

基于套管的受力分析,提出了在非均匀外载荷作用下套管应力分析的解析方法,以及简化的套管抗非均匀外载荷作用能力估算的新公式.以目前广泛应用的J55油套管(139.7 mm×8 mm)为例,分析了套管抗外载荷挤压能力随外载荷不均匀性的变化.结果表明,套管抗外载荷挤压能力随外载荷不均匀性的增加迅速降低.按照该公式计算的结果与应用有限元方法所得到的结果误差在15%以内,满足工程要求.说明本文提出的解析方法不仅简便、直观,而且可靠.     

蠕变地层中含缺陷套管外挤压力分布的数值模拟

将蠕变地层视为粘弹性体,分别采用Maxwell粘弹性模型和线性强化弹塑性模型,建立了含缺陷套管—水泥环—蠕变地层有限元计算模型,旨在应用数值方法模拟在地质和工程因素及其联合作用下含缺陷套管外壁所受蠕动压力的分布规律,并对这类套管抗非均匀载荷的能力进行了有限元分析。采用逐步超松弛(SOR)迭代法进行了计算,为加快收敛速度,计算程序支持最佳松弛因子的自动快速搜索。算例分析表明,非均匀地应力条件下,最大地应力方向上套管外挤蠕动压力最小,而最小地应力方向上套管外挤蠕动压力最大;磨损缺陷改变了均匀载荷下套管外挤蠕动压力的分布规律,磨损处蠕动压力明显增大;与非均匀载荷相比,磨损是影响套管外蠕动压力分布更为敏感的因素。该数值结果可为复杂条件下含缺陷套管强度设计提供理论指导。     

页岩储层地应力预测模型的建立和求解

对致密页岩储层进行水平井钻井和压裂时,必须精确确定页岩气储层地应力。在分析页岩构造特征的基础上,给出考虑页岩横观各向同性的地应力计算模型,并建立声波测井资料求取页岩横观各向同性力学参数的关系式,据此研究页岩气储层地应力的分布规律。分析孔隙压力及地层升沉作用对地应力的影响。结果表明:页岩横观各向同性性质对地应力分布有较大影响,当水平与垂直方向弹性模量之比达到4时,水平地应力平均增加144%,而垂直方向与水平方向的泊松比之比达到2.2时,水平地应力平均增加16.5%;当孔隙压力变化2.4MPa时,水平地应力平均增加13.8%,而地层升沉作用对地应力的影响不大。将预测模型用于Baxter页岩的地应力预测,预测结果与其地层瞬间闭合压力(ISIP)最大误差仅为1.2%,证实模型准确可靠,可为页岩气水平井的钻井和压裂设计提供准确的基础数据。     

黏塑性蠕变模型中屈服强度的确定方法

在岩石蠕变特性试验中,当施加的常应力达到一定程度后岩石将发生黏塑性变形,一般用屈服强度判断岩石是否发生黏塑性变形,与弹塑性理论不同,在黏塑性蠕变模型中,屈服强度并不是定值,而是随蠕变时间增长逐渐减小,确定蠕变过程中准确的屈服强度对黏塑性变形计算有重要的影响.首先,通过等时曲线法确定岩石长期强度的过程,对屈服强度随时间的...     

统一强度理论下非均匀应力隧洞围岩抗力系数

基于统一强度理论,合理考虑了围岩的中间主应力和剪胀特性的影响,采用岩石材料的弹塑性模型和非关联线性流动法则,通过引入地应力侧压力系数λ,推导了非均匀应力场下圆形隧洞围岩抗力系数的通用计算公式。由于统一强度理论具有明确的物理意义和广泛的适用性,而侧压力系数的引入能更好地描述隧洞开挖后围岩所处的真实应力状态,因此推导出的抗力系数公式具有更广泛的意义。最后通过实例分析了围岩抗力系数与侧压力系数λ、极轴夹角θ和剪胀系数h之间的关系。分析表明:随着侧压力系数和剪胀系数的增大,围岩抗力系数逐渐减小,隧洞不同位置处围岩抗力系数也不相同,在隧洞两侧,围岩抗力系数值最大,在拱顶和拱底处最小。     

新疆油田七东1区克下组地应力特征及人工裂缝延伸方向*

新疆油田七东1区克下组在压裂施工过程中,通过微地震监测存在水平裂缝的可能。利用凯瑟尔实验测定该区块水平地应力大小及构造应力系数,建立了该区块组合弹簧模型的地应力计算模型,利用测井资料分析了七东1区地应力分布规律。分析结果表明:七东1区地应力状态存在明显的分界线,分界线大致为东北-西南走向;区块西北部最小水平主应力大于垂直主应力,处于逆断层应力状态;区块东南部最小水平主应力小于垂直主应力,处于正断层应力状态,中间存在走滑断层应力状态过渡带;因此压裂裂缝形态具有明显的区域性分布,即东南部为垂直裂缝,西北部压裂形成水平裂缝。分析结果与水力裂缝形态的分布规律一致。该地区存在水平裂缝的新认识,将对压裂工艺的改进及提高小层动用程度具有重大意义。     

纳入蠕变变形机理的宽范围应力区下P91钢本构模型

以P91钢为对象,构建宽范围应力区基于蠕变变形机理(CDMWRS)的本构模型,采用ABAQUS软件,结合构建的CDMWRS本构模型,模拟单轴蠕变拉伸试验,并与文献数据进行对比.结果表明:宽范围应力区的不同蠕变变形机理和长期热老化都会对P91钢的蠕变应变率产生较大影响,CDMWRS模型能够较好地描述宽范围应力下P91钢的蠕变第一阶段和第二阶段变形行为,蠕变第三阶段相对偏差较大,主要原因是因为构建的CDMWRS模型未纳入损伤的影响.