快速拉格朗日元方法在井壁稳定中的应用

拉格朗日元方法是一种分析非线性大变形问题的数值方法。软泥岩缩问题往往牵涉到非线性大变形问题，以往这类问题多在小变形情况下进行了研究。采用拉格朗日元方法，用弹塑性模型对井壁稳定问题进行了研究。结果表明，采用大变形模型所得的井壁径向位移明显小于小有模型，采用大变形模型计算软泥岩井眼缩径有助于正确认识井眼缩径规律。     

深水低固结软泥岩蠕变特性及其工程应用

深水低固结软泥岩地层处于弱固结地层与正常固结地层之间的过渡带,研究其蠕变特性对于设计合理的井身结构及确保深水钻井的顺利进行有重要的意义。利用取自中国南海的低固结软泥岩岩心进行蠕变实验,根据蠕变实验结果建立了合适的蠕变模型。然后在此基础上,结合深水地层的井眼模型,建立了深水低固结软泥岩地层的井眼缩径模型及井眼坍塌模型。研究结果表明,低固结软泥岩的非线性蠕变现象明显,且瞬时蠕变量较大,经验模型更适合用来描述其蠕变特性。若钻井时泥浆密度较小,井眼在短时间内就会形成严重的缩径,从而影响正常钻井。低固结软泥岩地层的井眼坍塌具有明显的时间黏滞效应。随着时间的增加,井眼破坏区会逐渐增大,最终发生坍塌。     

深水油气田控制井眼缩径的钻井液密度研究

深水地层上覆岩层压力低,钻井安全泥浆密度窗口窄,发生井下事故的风险更大,需要确定水平井眼的变形规律,减少或避免因疏松砂岩储层蠕变缩径造成的井下复杂情况和事故。荔湾3—1气田是我国第一个即将投入开发的深水油气田,利用分级加载的方式测试了荔湾3—1气田疏松砂岩储层的蠕变变形规律。应用拉格朗日元法进行数值模拟计算,得出了荔湾3—1气田疏松砂岩储层水平井井眼缩径变形随时间的的变化规律和控制井眼缩径率的钻井液密度图版,分析了水深对水平井井眼变形的影响。结果表明,在相同条件下,深水油气田因疏松砂岩储层蠕变缩径而影响水平井安全钻进的风险比陆地和浅水油气田更小。研究结果对确定深水水平井安全钻井周期和开展水平井极限延伸长度的研究具有指导意义。     

正电钻井液体系在星火2井的应用

星火2井位于沙雅隆起雅克拉断凸星火2号构造高点,是西北局重点探井。二开裸眼段长,井眼大,穿越地层岩性复杂,井壁失稳严重。通过采用正电钻井液体系,辅助相应的钻井液维护处理工艺,解决了上部地层起下钻阻卡、下部膏泥岩及软泥岩缩径卡钻的难题,保证了二开长裸眼段的井壁稳定,为后续工作奠定了基础。     

盐膏岩地层的井眼缩径变形分析

在钻井工程中，盐膏层的显著特征是井眼形成后地层易发生塑性变形和井眼缩径，造成卡钻和大量的人力，物力，财力的损失，甚至导致钻井失败，将拉格朗日元法应用于石油钻井所遇的盐膏地层，利用ＦＬＡＣ程序分析的盐膏地层的缩径变形，分析结果表明，在允许缩径率下，钻井液密度有一个临界值，正常钻进的必要条件是钻井液密度应该大于此临界值。     

盐膏岩地层的井眼缩径变形分析

在钻井工程中,盐膏层的显著特征是井眼形成后地层易发生塑性变形和井眼缩径,造成卡钻和大量的人力、物力、财力的损失,甚至导致钻井失败。将拉格朗日元法应用于石油钻井所遇的盐膏地层,利用ＦＬＡＣ程序分析了盐膏地层的缩径变形。分析结果表明,在允许缩径率下,钻井液密度有一个临界值,正常钻进的必要条件是钻井液密度应该大于此临界值。     

井壁变形和摩擦阻力对底部钻具组合的影响

将井壁变形与摩阻因素引入力学模型,以滑动摩擦为主建立了摩擦模式,用文氏弹性地基模拟井壁变形(即弹性井壁),应用有限元理论,研究了井壁与钻柱的相互作用对钻头侧向力的影响。计算结果表明,对较软地层井壁变形的影响不可忽视,尤其对三维井眼或造斜钻具,井壁变形对钻头侧向力的影响很大;摩擦与井眼弯曲共同产生了方位侧向力,而摩擦对井斜侧向力影响很小;稳斜钻具的钻头侧向力受井眼弯曲、井眼蚀变因素的影响较为突出。     

软粘土地基非线性一维大变形固结的有限差分法分析

在几何非线性分析的基础上考虑软粘土的非线性本构关系，采用张量指标记号推导出物质描述的一维非线性大变形固结的控制方程，采用有限差分方法对非线性控制方程进行数值求解，编制了计算程序。数值计算结果表明：在相同的非线性本构关系前提下，软粘土地基的非线性大变形固结沉降始终小于非线性小变形固结沉降；且随着荷载水平的增大，大变形固结和小变形固结的沉降量的差别越来越大，几何非线性对软粘土地基沉降影响是不可忽略的。     

长水平段钻井泥岩井壁坍塌周期分析

泥页岩地层井壁失稳是国内外各油气田钻井过程中普遍存在且至今未能完全解决的世界性难题;但在致密泥岩长水平段钻进时,井壁失稳问题更加突出。考虑化学势差、水力压差和岩石骨架变形的耦合作用,同时考虑泥岩吸水引起的强度弱化,提出了泥岩流-固-化多场耦合坍塌周期分析模型。利用该模型,定量分析了泥岩渗透率、吸水扩散吸附系数、钻井液活度和膜效率对地层孔隙压力、地层强度以及坍塌周期的影响规律。结果表明:1泥岩渗透率越小,阻碍水力压力传递的能力越强,地层孔隙压力增长越慢,井眼坍塌周期越长;2钻井液化学作用对井周压力传递和坍塌周期影响显著,当钻井液活度高于地层活度时,井眼附近孔隙压力显著增大,井眼坍塌周期缩短;膜效率越大,则地层孔隙压力和井眼坍塌周期变化幅度越大;3泥岩强度弱化是影响坍塌周期变化的重要因素。随着吸水扩散系数增大,近井地层泥岩强度迅速降低,井眼坍塌周期显著缩短;4研究区域沿最小水平地应力方向水平钻进时,井眼坍塌周期最长,随着与水平最小地应力夹角的不断增大,井眼坍塌周期不断缩短,沿最大水平地应力方向时,井眼坍塌周期最短。     

储油罐模型的静态倾斜试验及理论分析

为研究地震破坏中储油罐损坏与罐体翘离的关系，设计了储油罐模型在不同地基上的静态倾斜试验，分别采用梁的小变形法和非线性有限元法，建立了储液罐翘离反应的力学模型，并进行储油罐翘离静力分析．结论为：非线性有限元法与梁的小变形法计算结果接近；软基上罐的翘离量大约是硬基上的2倍多，但硬基上罐壁轴向压力约为软基上的1．1～1．4倍；容量3000m^3及小于3000m^3的高罐比大容量的矮罐受翘离的影响大．     

解两点边值问题的基于应力佳点的二次有限体积元法

构造了求解两点边值问题的一种新的Lagrange型二次有限体积元法, 取应力佳点(Gauss点)作为对偶单元的节点, 试探函数空间取Lagrange型二次有限元空间、 检验函数空间取相应于对偶剖分的分片常数函数空间. 证明了新方法具有最优的H¹模和L²模误差估计, 讨论了在应力佳点导数的超收敛估计, 并通过数值实验验证了理论分析结果.     

板料成形有限应变弹塑性有限元分析

本文依据Kirchhoff薄壳理论与J2塑性流动理论,提出了分析轴对称刚性冲头胀形成形的大变形弹塑性拉格朗日有限元分析的数学模型.文中采用改进的直接增量法,在Honeywell DPS 8/52计算机上成功地模拟了金属薄板的半球面刚性冲头的胀形成形过程.文中还运用网格技术进行了实验验证.     

基于S-R和分解定理的无网格法在功能梯度板中的应用

为了研究功能梯度板的非线性变形问题, 以 S-R 和分解定理为基础, 从虚功率原理出发, 结合更新拖带坐标系法、无网格 Galerkin 法, 推导出用于求解三维几何非线性问题的离散方程. 利用 MATLAB 编写无网格法程序, 对功能梯度板的非线性弯曲问题进行求解, 并研究板的体积分数指数和宽厚比对板弯曲的影响. 将计算结果与已有成果进行了比较, 验证了三维 S-R 无网格法求解功能梯度板大变形问题的合理性.     

三维纤维梁单元增量非线性有限元分析

以三维连续体介质力学和虚位移原理为基础,推导了增量更新拉格朗日(UL)列式,此列式中保留了大位移增量刚度矩阵项,并对此刚度矩阵进行修正使其成为对称矩阵.根据增量UL列式,推导出小应变、大位移、大转动三维纤维梁刚度矩阵.该梁单元的刚度矩阵考虑了复合材料非线性、大位移、大转动高度几何非线性.该单元采用平截面假定,忽略剪切变形的影响,以轴线节点的位移表示截面上任意一点位移.根据以上理论编制了分析程序,通过对几个算例分析,证明该方法的精确性、通用性.     

弹性管柱纵横弯扭变形的离散解析法分析

针对求解管柱纵横变扭挠曲变形存在的问题，提出了离散解析法，该方法是将细长管柱离散化，求得单元变形的解析解。由连续性条件建立各单元挠曲变形系数的传递矩阵，并根据管柱两端的边界条件，同时求得各单元的挠曲变形及应力等状态参量。该方法克服了有限元或有限差分法需求解大型矩阵方程的困难，计算简单、结果可靠。通过某海上油井试油管的挽曲变形分析，说明了该方法的适用性和可靠性。     

大规模含整变量优化问题的一种分解方法

大规模含整变量优化问题的一种分解方法吴清烈，徐南荣（东南大学经济管理学院，南京２１００１８）国内外学者对变量全为连续型的大规模优化问题研究较多［１］，但对大规模合整变量优化问题的研究甚少．文献［２，３］针对某些特殊大型整数规划问题分别提出了启发式解法...     

次弹性力学的一个广义变分原理

本文利用 Truesdell 应力率给出了次弹性力学问题的一个广义变分原理,该原理是在现时构形上以率的形式给出,可用于建立大变形分析中适时的Lagrange 描述有限元公式。     

斜直井眼中铅垂平面内钻柱屈曲荷载分析

利用能量法，推导了斜直井眼中钻柱的屈曲临界载荷．在力学模型中，考虑了钻柱自重和井斜的影响，给出了斜直井眼中临界载荷的一般公式，并讨论了两种形式的变形能增量计算方法的差别，所得结果可供工程计算使用．     

求解广义分配问题的拉格朗日蝙蝠算法

基于广义分配问题(GAP)自身的特点,将拉格朗日松弛算法(LR)和蝙蝠算法(BA)相结合,提出了一种高效的拉格朗日蝙蝠算法(LR-DBA)。首先,基于GAP的数学模型,在BA算法的基本框架上,重新定义了蝙蝠速度、位置以及局部更新公式,得出全新的求解GAP的离散蝙蝠算法(DBA)。其次,将其与LR相结合,设计出求解GAP的LR-DBA算法。最后,经过大量算例测试表明,对比DBA算法,LR-DBA混合算法在求解GAP时具有明显优势。     

基于任意拉格朗日-欧拉法的盾构刀盘土体切削仿真

针对盾构刀盘切削土体的问题,提出了基于有限元和高性能计算方法的大规模数值模拟方法.建立了盾构和土体的三维分析模型,并且充分考虑到土体的材料非线性,利用动态显示算法进行了基于国产“曙光4000A”高性能计算机的大规模流固耦合分析.仿真采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE),解决了土体大变形造成的有限元单元畸变问题,预测土体-刀具相互作用的过程;将修正的Drucker-Prager塑性土体模型作为土体的非线性有限元模型,其仿真方法和结果可以为未来盾构机的刀盘设计提供参考.