沥青夹层复合井壁的受力分析和计算方法

针对表土段井筒作用有竖向负摩擦力的情况,本文介绍了沥青夹层复合井壁结构,分析了它的受力情况,给出了该井壁型式各部分主要尺寸的计算方法.     

回风立井注浆堵水技术研究

针对某回风立井穿过8个富含水层,涌水量达到132m3/h,严重影响壁后围岩、井壁及之后构件安全的问题,提出采用井筒壁后注浆堵水的方法.采用先拦截后注浆,先加固后封水,先封堵小水点后封堵大水点的堵水原则对含水层上下进行注浆封水,堵水率达到94.5％.     

温度-荷载作用下玻璃纤维增强塑料-泡沫夹层结构Ⅰ型断裂韧性分析

以玻璃纤维增加塑料(GFRP)-泡沫夹层结构为研究对象,在不同温度条件下,采用拉伸试验确定聚氨酯泡沫芯材料的拉伸性能;经差示扫描量热分析法(DSC)测试GFRP树脂的玻璃化转变温度;通过双悬臂梁(DCB)试验研究,测试不同温度(30、50、70和90℃)条件下,夹层结构的I型裂纹扩展形态和界面应变能释放率,分析温度对GFRP-泡沫夹层结构界面数性能的影响。结果发现:GFRP树脂的玻璃化温度为90℃;温度对聚氨酯泡沫的拉伸强度和拉伸模量影响较小;随着温度的升高,GFRP-泡沫夹层结构的荷载呈下降趋势,界面应变能释放率的峰值越来越大。运用能量释放率断裂准则判别裂纹扩展符合理论要求。     

立井井壁厚度的围岩压力最大值确定法

根据立井井壁破裂事故的调研,将井壁变形灾害分为五类,提出采用适当强度的井壁承受常规围岩压力;预测可能发生变形灾害的类型,设计谐调变形井壁结构,躲开井壁不可承受的灾害性荷栽。推出了由围岩压力最大值确定井壁厚度的简化计算公式,通过与精确解进行对比分析,给出了该简化公式的误差补偿系数。千米深立井的井壁结构设计实践与分析表明：此简化公式不仅便于工程应用,而且所设计的井壁能够满足“安全可靠、经济合理”的要求。最后讨论了井壁设计厚度的合理区间、井壁混凝土强度的合适等级,对抵御不同变形灾害的谐调井壁结构形式进行了初步讨论。     

钻井井壁可缩性接头位置的优化分析

针对地层沉降条件下提出的可缩性钻井井壁结构,应用分析软件对可缩性接头位置进行了优化分析,分析表明：新型可缩性钻井井壁结构能有效地减少作用在井壁上的竖向附加力(即负摩擦力),放置在风化基岩中部的可缩接头能减少井壁附加力达58％。研究成果可供可缩性钻井井壁结构的设计和应用参考。     

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.     

含初弯曲缺陷的变刚度井壁整体稳定性分析

针对钻井法施工阶段固井前变刚度井壁结构整体稳定性问题,引入初始弯曲缺陷,建立固井前井壁结构稳定性分析的力学模型,该模型考虑了井壁分段数、节间连接刚度、井壁刚度分布、井壁轴向荷载分布等因素.通过理论推导,结合井壁结构的稳定系数,得出井壁挠度、井壁荷载以及井壁临界荷载的关系式,并编制程序实现了求解.应用程序进行计算,定量分析了上述各个因素对井壁结构施工整体稳定性的影响,并对计算结果进行拟合,得出了井壁结构最大挠度与井壁荷载关系的实用计算公式.     

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。     

双层钢板高强混凝土复合井壁强度的数值模拟

针对巨野煤田深厚表土层支护，提出采用双层钢板高强混凝土钻井井壁结构。编制了适用于这种井壁结构分析的有限元程序。其计算值与试验结果吻合较好。并采用此程序进行了数值模拟分析。得到了双层钢板高强混凝土井壁结构强度的计算公式及其各主要因素的影响大小。从而可为该种井壁结构的设计优化提供依据。     

软岩段立井井壁破裂特征及修复结构优化

为解决深立井软岩段井壁的破裂问题,对深立井软岩段井壁的破裂原因、修复支护方法进行了详细的研究,总结出了深立井井壁自身具有的特征,借助岩土工程专业分析软件FLAC~(3D),对不同的井壁修复结构形式进行了模拟分析,并对井筒修复中井壁的结构形式进行了优化,得出高阻让压的井壁结构形式,均化井壁受力,实现了提高井壁整体承载能力的最佳效果.     

井壁稳定多场耦合分析研究进展

井壁稳定问题是石油钻井过程中十分重要的问题,而地层流体、钻井液性能、温度等因素对井壁稳定有重要影响。通过对目前国内外井壁失稳分析的研究现状进行总结,将钻井过程中井壁失稳的影响因素分为岩石结构场、应力场、渗流场、温度场和化学场等5类作用场,分析了这5类作用场的具体内容及产生原因,由此对井壁失稳多场耦合的作用场影响和发展现状进行了较为系统的分析。在进行井壁失稳多场耦合分析时,应力场和岩石结构场是研究的基础,在总结国内外井壁失稳研究方法的基础上,对岩石结构类型和岩石变形机制进行了分类;以岩石结构场和应力场为基础,结合其他3种作用场的影响,着重分析了包括三场、四场和五场耦合在内的井壁稳定多场耦合研究发展现状;对于四场和五场耦合分析而言,孔隙介质热弹性理论和孔隙介质化学热弹性理论应用较为广泛。最后结合不同作用场的特点和现代钻井工艺的发展方向展望了其发展趋势。     

用结构分析方法探索井壁破坏的机理

本文从部分煤矿立井井壁破坏的事例出发,采用井壁结构非线性有限元分析方法,分析了各种外荷载组合与井壁破坏的关系,提出了与实际井壁破坏形态相适应的外荷载组合为较大的竖向负摩擦力和较小的水平侧向力,从而分析得出井壁破坏的主要原因是地下水位的下降,表土地层的固结沉陷,并提出了改善井壁受力条件的措施。     

井壁结构中混凝土强度提高系数的研究

通过对井壁结构中混凝土受力状态的分析．指出了混凝土由于处于复杂应力状态下其抗压强度将有较大程度地提高，根据井壁结构模型试验结果，得到了井壁结构中混凝土抗压强度提高系数的回归公式．从而为井壁结构的合理设计提供了试验依据。     

夹层铁磁交换耦合的畴结构和铁磁共振分析

作者在分析前人实验结果的基础上,研究了夹层Co/Cu/Co的磁畴结构,并对反铁磁相互作用振动周期作了估算;夹层铁磁耦合的磁畴结构依赖于夹层磁化易轴的梯度取向,当Co层的易轴在夹层梯度的法线上时,交换耦合振动周期近似为8.5.另外,作者采用一种特殊模型,为3层膜的描述提供了一种有效的方法,即:在膜厚度范围内提出一种可用到单体薄膜交换耦合的规范且简单的计算方法.同时,也说明了对两个交换耦合介质之间界面结构的边界条件.     

盐害环境钢筋混凝土井壁腐蚀机理与类型研究

钢筋混凝土井壁的耐久性研究对井壁的安全运行意义重大。文章在调查的基础上提出了井壁周围的地下水中含有的盐害离子的种类,分析了混凝土的化学成分,研究硫酸盐、碳酸盐腐蚀混凝土的机理及类型;研究氯盐腐蚀钢筋与混凝土的类型与危害。结果表明盐害离子对钢筋混凝土井壁极具腐蚀性,是井壁耐久性的隐患。     

冀东油田东营组硬脆性泥页岩井壁稳定性分析

硬脆性泥页岩地层的钻井过程中,井壁垮塌现象频发,严重影响了油气田的高效开发。为减少该类地层井壁失稳问题,通过室内试验对硬脆性泥页岩理化特性进行分析,并定量分析钻井液作用对泥页岩的影响程度。基于室内试验结果,利用线弹性理论和单一弱面准则,建立了考虑弱面结构、温场作用、水化特性的井壁稳定模型。利用该模型对井壁稳定性影响因素进行分析,结果显示:弱面结构的存在使得坍塌压力明显升高。弱面产状变化,造成坍塌压力分布复杂,不再存在单调变化的井斜方位;随温差增大,造成地层坍塌压力上升,但上升幅度相对较小;钻井液作用会显著缩减安全钻井方位范围,提高井壁垮塌风险。现场实例分析结果表明:利用提出的井壁稳定模型可以准确地预测坍塌压力分布,从而指导现场钻井作业。     

粘弹性阻尼夹层结构动力分析的两次渐近法

提出了粘弹性阻尼夹层结构动力分析的两次渐近法．首先根据阻尼夹层结构的实特征方程推导了一阶渐近计算公式，然后在实特征问题渐近分析的基础上再次利用渐近法推导了复特征问题的求解过程．最后通过夹层梁的计算及实验对该法进行了验证     

含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度数值分析

综述了作者在含损伤复合材料夹层板剩余压缩强度的研究方面所取得的一些近期进展。（1）基于“Zig-Zag”模型和Mindlin一阶剪切变形板理论,推导了复合材料夹层板线性和非线性屈曲分析的有限元列式;（2）推导了材料性质与温度有关的复合材料夹层板增量求解形式的有限元列式;（3）针对具有面板和芯体间界面开裂和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征,分别提出了分层模型和多标量损伤模型,并推导了多标量形式的损伤本构关系;（4）建立了考虑桥联影响的具有表板与芯体开裂损伤的复合材料夹层板屈曲分析有限元列式;（5）以整体－局部变分原理为基础,提出了复合材料夹层板后屈曲分析的有限元分析方法,研究了含表板／芯体开裂损伤的复合材料夹层板的后屈曲路径,以典型结构为例,讨论了表板铺设方向,开裂面积大小,桥联刚度和结构边界支撑对含损复合材料夹层板的前后屈曲性态的影响。     

东营组硬脆性泥页岩井壁稳定性研究

硬脆性泥页岩地层的钻井过程中,井壁垮塌现象频发,严重影响了油气田的高效开发。为减少该类地层井壁失稳问题,本文通过室内试验对硬脆性泥页岩理化特性进行分析,并定量分析钻井液作用对泥页岩影响程度。基于室内试验结果,利用线弹性理论和单一弱面准则,建立了考虑弱面结构、温场作用、水化特性的井壁稳定模型。利用该模型对井壁稳定性影响因素进行分析,结果显示：弱面结构的存在使得坍塌压力明显升高。弱面产状变化,造成坍塌压力分布复杂,不再存在单调变化的井斜方位;随温差增大,造成地层坍塌压力上升,但上升幅度相对较小;钻井液作用会显著缩减安全钻井方位范围,提高井壁垮塌风险。现场实例分析结果表明：利用提出的井壁稳定模型可以准确地预测坍塌压力分布,从而指导现场钻井作业。