一种非均匀地应力下椭圆井眼套管-水泥环-地层力学特性半解析解

为研究井壁崩落形成椭圆形井眼后套管受力情况,在弹性力学理论的基础上,结合复变函数方法建立了非均匀地应力作用下椭圆形井眼内套管-水泥环-地层组合体应力模型,根据应力边界条件与位移单值条件得到了系统各界面处应力分布的半解析解;并探究了井眼椭圆度、水泥环弹性模量和泊松比对套管外壁径向应力与Mises应力的影响。研究结果表明：与圆形井眼相比,椭圆形井眼能减小套管所受最大应力,降低应力非均匀度;高泊松比、低弹性模量水泥环也有利于减小套管受力。研究成果对井壁崩落段地层钻井液密度、套管规格选取和固井水泥性能设计具有重要的指导意义。     

易坍塌地层椭圆形井眼内套管应力的有限元分析

根据多孔弹性理论 ,对易坍塌地层井壁围岩的应力分布进行了分析 ,得出了易坍塌地层的井眼为椭圆形的结论。针对易坍塌地层的特点 ,用有限元方法分析了套管在椭圆形水泥环条件下的应力分布。数值计算结果表明 ,在保证固井质量的前提下 ,椭圆形水泥环有利于改善易坍塌地层套管的应力状态 ,应该在设计中予以考虑。但是 ,扩大井眼尺寸会影响到固井质量 ,必须将井眼椭圆度控制在一定范围内     

易坍塌地层椭圆形井眼内套管应力的有限元分析

根据多孔弹性理论，对易坍塌地层井壁围岩的应力分布进行了分析，得出了易坍塌地层的井眼为椭圆形的结论。针对易坍塌地层的特点，用有限元方法分析了套管在椭圆形水泥环条件下的应力分布。数值计算结果表明，在保证固井质量的前提下，椭圆形水泥环有利于改善易坍塌地层套管的应力状态，应该在设计中予以考虑。但是，扩大井眼尺寸会影响到固井质量，必须将井眼椭圆度控制在一定范围内。     

致密油压裂套管变形应力特征数值模拟

中国非常规油气资源丰富,是重要的接替资源之一,但由于其储层的致密性,主要通过大规模体积压裂获得工业生产油气流,压裂过程中套管发生复杂的应力变化特征,油气井套管变形也越来越严重,目前对于套管内外壁、射孔簇间、段间等特征的认识尚不清晰。为此,基于压裂特点,提出数值模拟方法,利用实际典型套变井的压裂参数进行模拟和验证。结果表明：在压裂和返排阶段,射孔孔眼处均产生应力集中,但应力梯度变化不大;返排时在射孔簇间套管段与射孔同轴线方向的外壁形成高度应力集中,存在发生椭圆形变形危险;射孔段到射孔簇间段过渡区间,等效应力存在突变拐点,压裂阶段先突减后骤增,返排阶段先突增后骤减,返排时该段剪切应力集中达到峰值,易发生剪切破坏,形成套管错断。压裂阶段水泥环除在射孔孔眼处形成应力集中外,在射孔簇间段的水泥环的环向截面在轴线方位也存在较高的应力分布,造成水泥环一定程度的破坏,返排时水泥环破坏程度被加强,套损率较高。在相同压裂排量条件下,适当提高射孔簇长度、缩短射孔簇间距离、缩短压裂段间距能够有效提高套管的安全性,三塘湖M56区建议Φ139.7 mm P110套管射孔簇长度为1.5～3.0 m,射孔簇间距小于1...     

热固耦合作用下的套管-水泥环-地层多层组合系统应力分析

考虑非均匀地应力、内压和地层高温对高温高压井套管-水泥环-地层多层组合系统的作用,应用弹性力学理论,结合边界条件、接触条件和连续条件,获得热固耦合作用下套管-水泥环-地层多层组合系统应力分布的解析解。讨论水泥环厚度、弹性模量、泊松比、地层温度、套管-水泥环层数对最内层套管内壁Mises应力分布规律的影响。研究结果表明:上述因素对最内层套管内壁Mises应力的分布均有影响;对比套管-水泥环-地层的单层和多层组合系统,多层组合系统的最内层套管内壁的Mises应力较单层系统明显降低,这说明多层组合系统具有重要的工程价值。     

射孔参数对套管强度的影响研究

射孔工艺指在套管和水泥环上射孔.射孔提供了油气流入井筒的流体通道,但降低了套管强度.采用有限元法分析射孔孔径、射孔孔密和射孔相位对套管变形和应力的影响.结果表明,射孔孔径、射孔相位和射孔孔密越大,套管的变形和应力也越大.     

套管-水泥环-地层耦合系统热应力理论解

根据弹性力学和热力学理论,推导了套管-水泥环-地层耦合系统的热应力和热位移理论计算公式,分析了系统热应力和热位移径向分布规律,以及套管温升、弹性模量、热膨胀系数、壁厚、水泥环与地层弹性模量和泊松比等参数对套管热应力和热位移的影响.结果表明:随着离套管中心径向距离的增加,径向热位移和热应力先增大后减小,最大值分别位于地层和套管外壁,而套管上Von Mises应力值迅速下降,最大值位于套管内壁;随着套管温升和套管、水泥环、地层弹性模量与热膨胀系数的增加,套管内壁Von Mises应力和外壁径向压力增大,其中套管参数变化对计算结果影响更明显.在进行稠油热采井套管抗挤毁强度计算时,应考虑热膨胀在套管外壁产生的径向压应力的影响.     

射孔套管剩余抗挤能力分析

套管射孔后其抗挤能力将有所降低。建立了射孔段套管弹性抗挤性能分析控制的一般方程 ,并利用摄动理论给出了射孔套管弹性抗挤能力系数的一般计算公式。利用弹塑性有限元方法确定了孔口附近塑性区随射孔套管的外压增加的变化规律 ,并给出了确定射孔套管抗挤能力的计算方法。研究结果表明 ,孔眼附近的应力集中所引起的塑性区的存在 ,明显影响了射孔套管的抗挤强度。与弹性分析结果比较 ,弹塑性分析结果更接近实验值。孔眼的形状对射孔套管抗挤能力有直接影响。长轴在环向的椭圆形孔眼的套管抗挤能力降低得最少 ,方形孔眼的降低得最多。在孔眼形状相同的情况下 ,孔眼面积增大 ,射孔套管的抗挤能力降低。当射孔密度小于 2 0孔 /m时 ,无论采用何种布孔方式 ,除方形孔眼外 ,套管抗挤能力的降低均不会超过 4 % ;大于 2 0孔 /m时 ,射孔参数对套管抗挤能力的影响明显增加     

水泥环对套管抗内压强度的影响研究

通过有限元模拟,计算分析了水泥环对套管的抗内压强度影响。得出有水泥环保护下,磨损套管的剩余抗内压强度变化规律。同时,对水泥环缺失条件下进行有限元计算。分析水泥环缺失一定角度时对套管抗内压强度的影响,得出水泥环在缺失不同角度时套管剩余抗内压强度的变化规律。通过分析发现水泥环缺失一定角度产生应力的集中,套管抗内压强度会比无水泥环保护时更低,若此时套管同时发生磨损,对套管强度和井控安全影响巨大。     

射孔对井眼围岩应力场及破裂压力影响规律

 射孔在一定程度上可以有效地降低地层破裂压力,避免裂缝扭曲和多裂缝的不利现象;射孔参数的改变会导致井壁围岩应力场及破裂压力的改变,进而影响压裂施工和压后产能.加强射孔井井壁围岩应力场的动态演化规律研究,对指导水力压裂施工、井壁稳定性、储层改造等具有重要的意义.利用ABAQUS有限元计算软件建立套管-水泥环-地层的三维数值模型,在考虑流固耦合效应和动态效应的基础上,运用单一变量理论对不同的射孔密度、射孔长度、射孔方位角等射孔参数进行模拟分析,得到井壁围岩应力分布及水力压裂破裂压力的定性认识并给出最优的射孔参数.研究结果可为压裂井射孔工艺技术优化设计提供一定的理论指导.     

带支柱与凸缘开孔球罐最大应力

针对工程中球罐的实际结构与载荷形式，研究带支柱与凸缘开孔的球罐结构的最大应力问题．采用有限元软件ANSYS，分别对两种不同材料的带10个支柱和上、下两个凸缘开孔的球罐在内压、自重和内部液压共同作用下的应力进行了数值计算．计算结果表明，整个球罐的最大应力发生于球罐底部的凸缘开孔的周边，为说明上述问题的力学建模效果，还对承受内压载荷作用的不带支柱与凸缘的开圆孔球壳的应力进行了数值计算，结果表明其数值解与相应的理论解十分接近．     

具有环形平板封头加筋圆柱壳的强度分析

讨论一类特殊工程结构——具有环形平板封头加筋圆柱壳的强度问题.利用解析法导出均布荷重、内缘分布力与外缘分布弯矩同时作用时环形板的弯曲公式;使用迁移矩阵法求解承受均布压力、边缘分布弯矩及分布力作用下的加筋圆柱壳.利用边缘处变形协调条件建立方程组,解出各有关状态变量.在此基础上进行了大量的数值分析,得出了一些可供工程设计参考的结论.     

探头式电磁流量计的理论研究和样机试验

本文分析了探头式电磁流量计的基本原理。根据电磁学和流体力学的理论求得了圆柱二电极、圆柱四电极、椭圆柱以及流线型柱体探头感应电动势的解析解。文中还讨论了边界层绕流圆柱探头和有限区间对探头输出信号的影响。从理论解可以看出,探头电极间的感应电动势与来流速度之间呈明显的线性关系。此外,文中还推荐了几种延迟或避免探头表面发生边界层分离的方法。对于圆柱和椭圆柱样机的实验证实了理论分析的结果。     

Numerical Simulation and Dynamic Fracture Criteria of Thin Cylindrical Shells under Inner Explosive Loading

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｉｎｃｅｔｈｅ1940ｓ,ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｈａｖｅｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｏｆｍｅｔａｌｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｓｓｕｂｊｅｃｔｔｏｔｒａｎｓｉｅｎｔｌｏａｄｓｉｎａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ.Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｏｄｅｌｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｒｕｐｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏ…     

液压缸活塞微织构化表面动压润滑性能理论研究

为研究液压缸活塞微织构化表面的动压润滑性能,在液压缸活塞表面加工开口形状为圆形、椭圆形、正方形、正六边形的微织构,利用雷诺方程对活塞表面与液压缸缸筒内圆之间的流场进行数学建模,并采用MATLAB软件进行仿真计算,研究微织构开口形状、活塞运动速度及微织构深径比对活塞表面动压润滑性能的影响。结果表明,在活塞表面加工4种不同开口形状的微织构均可改善活塞表面的动压润滑性能,其中椭圆形微织构的改善效果略差;随着活塞运动速度的提高,不同形貌微织构表面的摩擦因数均增大,活塞表面动压润滑性能变差;圆形微织构的深径比为0.009时,活塞表面的动压润滑性能较佳。     

最小二乘配点法分析圆柱壳开孔的应力集中

本文用最小二乘配点法分析带有圆孔的圆柱壳在轴向拉伸、扭转或内压力载荷作用下的应力状态。对于较小曲率参数的情况,其解与某些解析解和实验结果比较,相当符合。该法易于推广到更复杂的问题,如各种形状的孔口或加强孔。     

纵环加筋圆柱壳塑性屈曲分析

采用Mises屈服准则和塑性形变理论,基于能量原理对纵环加筋圆柱壳的塑性屈曲进行了分析,给出了简明的临界压力求解公式并讨论了壳板塑性屈曲、肋板局部塑性屈曲和环筋柱壳塑性屈曲等几种特殊情况.计算结果表明,本文方法具有较好的精度和通用性.     

圆柱壳受集中载荷作用的奇异解

对精确的圆柱壳方程求完备的极坐标解系是薄壳理论的一个难题。该文给出了修正的Morley方程在坐标原点具有奇性的基本解的一种构造方法,以及基于Schwartz广义函数理论的证明。并据此基本解得到了圆柱壳受集中法向载荷、集中温度载荷作用下的奇异解,这些积分形式的解的被积函数具有第二种Hankel函数和指数函数乘积的形式,容易获得数值结果。该文的计算结果与有限元数值结果能很好地符合,利用该文所提出的奇异解作为特解求解圆柱壳开孔接管支管受载荷问题,与采用Timoshenko方程的双三角级数特解相比可以不受小开孔率的限制。     

轴压化铣网格加劲圆筒壳结构优化设计

本文建立了轴向压力作用下中长正置正交化铣网格加劲圆筒壳结构优化设计的数学模型,采用约束变尺度法进行了优化计算,分别讨论了材料屈服极限、外载荷、加劲效率系数ψ以及环向肋条与纵向肋条间距之比λ对优化结果的影响,得到了若干有实用价值的结论.