盐岩地层套管蠕变荷载试验及其数值分析

中原油田在钻遇盐岩层的油水井中,某些区块套管的损坏率高达65%,盐岩层蠕变是套管损坏的一个重要原因.通过对6块盐岩岩心进行地下条件的蠕变模拟试验,得出了盐岩层的蠕变规律和特征参数,建立了套管承受外载的有限元计算模型,并编制了计算程序.利用所编制的软件对中原油田某口井的套管蠕变载荷进行了数值模拟计算.结果表明,作用在套管上的径向载荷与相位角和蠕变时间有关,并且蠕变条件下套管的最大载荷超过原地应力10%左右.     

深部盐膏岩地层套管磨损后等效应力分析

针对盐膏层蠕变和套管磨损联合作用下套管变形破坏的关键技术难题,结合室内盐岩蠕变试验,确定盐膏岩的蠕变参数,考虑盐膏层蠕变的影响,研究深部盐膏层非均匀地应力条件下蠕变、磨损程度、磨损位置对套管等效应力的影响.结果表明:蠕变在一定程度上降低了磨损套管抵抗外部载荷的能力,套管等效应力的非均匀性增强;随着蠕变时间的增加,套管等效应力逐渐增加,在1 a左右达到平衡;套管磨损越深,套管的等效应力越大且非均匀性越强;磨损位置明显改变了套管等效应力的分布规律,沿最小地应力方位磨损时,套管等效应力最大,最容易屈服;磨损位置不同时,只有当磨损程度较小时套管最大等效应力才出现在水平最小地应力方位;沿0°方向磨损时,只有当磨损程度较小时才会有“套管最大等效应力随磨损程度变化不大”的结论.     

盐岩蠕变对固井质量的影响

盐岩具有较好的可塑性,在钻井及固井过程中易发生塑性变形或蠕动流动,经常造成盐岩层段固井水泥胶结较差。为给盐层段固井质量评价提供理论依据与指导,通过盐岩力学及蠕变实验获取了盐岩力学特征及蠕变特性参数,构建了盐岩蠕变模型,分析了研究区的实际工程资料。结果表明：相同应变条件下,围压越大,盐岩承载能力越强,弹性模量越大;不同围压条件下,盐岩表现为典型弹塑性变形特征,盐岩破坏类型为扩容破坏;偏应力越大,瞬时弹性应变越大,稳定蠕变应变率越大;随着盐岩的蠕变,固井二界面密封能力在短时间内迅速增大,1000h后增速变缓并以一较小的稳定速度继续增大,且工程实践与数值模拟结果得到相互验证。可见评价模型与方法对盐岩层段固井质量评价具有积极实践意义,亦可对其他地区类似地层提供有意义的借鉴。     

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.     

不同加载路径下盐岩蠕变特性试验

为了研究加载路径对盐岩蠕变特性的影响,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了3种不同加载路径的蠕变试验,分析了盐岩在不同加载路径下的蠕变变形规律。结果表明,在恒围压、分级增加轴压加载路径下,随着轴向应力增加,盐岩瞬时应变、蠕变应变和蠕变速率均逐渐增大,衰减蠕变阶段持续的时间也逐渐延长;在恒轴压、分级卸围压加载路径下,当围压小于某个特定值时,围压的变化对盐岩蠕变特性产生一定的影响,当围压高于该值时,盐岩的蠕变特性似乎与围压无关,且从试验结果来看,该值应在4 MPa以上;在恒轴压、循环围压加载路径下,围压及其循环周期对盐岩蠕变特性的影响非常大,降围压阶段盐岩蠕变速率明显高于升围压阶段,且围压循环周期越小,降围压阶段蠕变速率与升围压阶段蠕变速率的比值越大,周期越大,该比值越小。     

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。     

试论石油钻井工程当中如何有效应用深层盐岩本构关系

随着科学技术的不断进步,国民经济水平的不断提升,我国的石油钻井技术也得到了长足的发展。本文通过对大量的现场盐岩蠕变进行力学试验,研究了盐岩蠕变特性,并对稳态蠕变规律进行仔细分析,总结出稳态蠕变的三维分析方程。在石油钻井工程中,根据深层盐岩地区的泥浆密度来确定难题,利用FLAC3D软件对泥浆密度图谱进行优化,从而能够使钻井液的密度设计更为合理。     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

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。     

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.     

套管磨损的研究进展

套管磨损在深井、超深井、大位移井和水平井的钻井和修井期间是一个不容忽视的问题,引起套管柱磨损的因素很多,本文着重概述了钻杆柱的旋转及起下钻、井壁狗腿严重度和泥浆成分等几种主要影响因素;指出套管磨损的主要形式是月牙型磨损,介绍了月牙型磨损对套管的抗挤毁、抗内压强度的影响,并提出了两种磨损预测公式以及减少套管磨损的措施．     

高强度Q460钢高温蠕变性能

为了研究高强度Q460钢的高温蠕变对钢结构抗火性能的影响,采用高温蠕变试验装置测试了高温下高强度Q460钢材在不同应力水平下的蠕变应变随时间的变化曲线.根据试验数据,在现有蠕变模型的基础上拟合了高强度Q460钢材的高温蠕变模型.在有限元结构分析中引入钢材高温材料力学性能和蠕变参数,分析了考虑高温蠕变后轴心受力Q460钢柱的抗火性能.研究表明,高强度Q460钢材在高温和应力作用下具有明显的蠕变变形,在同一温度和时间下,蠕变应变随应力水平的提高明显增加;考虑蠕变效应后,在标准(ISO-834)的升温条件下,钢柱的耐火极限明显降低;在恒定温度下,钢柱的极限承载力随着时间的增加急剧降低,因而结构的抗火承载力设计需要考虑受火时间的影响.     

动态应变时效对18-8型奥氏体不锈钢持久强度的影响

１８－８型奥氏体不锈钢试样经冷变形和不同工艺的动态应变时效预处理后，在８７３Ｋ温度下进行不同应力水平的持久性能试验．结果表明，动态应变时效预处理提高了材料的高温持久强度，且比冷变形处理具有更好的强化效果。微观组织观测结果很好地解释了其强化作用。     

三峡工程岩石拉剪蠕变断裂试验研究

根据三峡工程永久船闸地质勘探中获得的花岗岩岩石,采用了有效的加载方式,模拟了现场岩石节理情况,进行了岩石拉剪蠕变断裂的试验研究,研究了花岗岩在拉剪应力作用下的蠕变变形规律,蠕变模型的建立等,为三峡工程的建设提供有效的数据和资料．     

7050超高强铝合金蠕变时效成形行为与性能研究

对7050超高强铝合金进行蠕变时效处理,采用维氏硬度、晶间腐蚀和剥落腐蚀等试验对其力学性能与腐蚀行为进行研究,采用光学显微镜和透射电子显微镜对微观组织进行观察,研究蠕变时效对合金微观组织与性能的影响。结果表明：合金的稳态蠕变速率随温度的升高和应力的增大而逐渐升高,时效温度是影响合金蠕变速率和抗腐蚀性能的主要因素。7050超高强铝合金的稳态蠕变速率与蠕变应力和蠕变温度的关系可以表示为：$ \dot \varepsilon = {e^{12.226}}{\sigma ^{1.66}}{\rm{exp}}( - 120\;536/RT) $。蠕变时效处理后,合金的维氏硬度、抗晶间腐蚀和抗剥落腐蚀性能均得到提高。合金在120 ℃和140 ℃下蠕变时效后,维氏硬度和抗腐蚀性能都保持在较高的水平,160 ℃下合金的维氏硬度和抗腐蚀性能均较低。人工时效后,7050超高强铝合金中的主要强化相为大量弥散分布的η′相,蠕变时效后,晶内和晶界析出相尺寸略有减小,晶界析出相分布不连续,电化学腐蚀速率减小,合金抗腐蚀性能提高。     

可蠕变砂岩地层井壁稳定性研究

砂岩地层钻井可能出现缩径,严重威胁钻井安全,有必要研究砂岩蠕变性质,为钻井提供安全保障。使用MTS刚性实验机测定偏应力15MPa~35MPa下的黄流组砂岩岩心轴向应变,得出砂岩岩心存在临界蠕变应力。研究了砂岩不同蠕变阶段的蠕变机理,通过测定砂岩横波波速及长期强度确定了其稳态蠕变与加速蠕变临界应力。使用西原模型拟合了砂岩蠕变应变,计算了使用不同密度钻井液时黄流组砂岩地层安全钻井周期。研究结果可用于指导蠕变性砂岩地层安全钻井及钻井液密度设计。     

Ti-2%Al-2.5%Zr钛合金的高温持久强度

介绍了Ti-2%Al-2.5%Zr钛合金的成分、组织后,首先测定出了该合金在350 ℃下的σb和σ0.2值.根据试验的特点、试材的组织状况及约比温度等因素确定了试验采用的6个应力水平点.按GB6395-86《金属高温拉伸持久试验方法》标准规定对该合金进行了350 ℃下的持久强度试验.对获得的数据用最小二乘法进行回归处理后,得到了适用于工作应力在σ350 ℃0.2＜σ＜σ350 ℃b范围的方程;而适用于工作应力σ＜σ350℃0.2 并可以外推一个数量级的方程最后,观察到试验后该种钛合金的金相组织发生了明显的变化:在集中塑性变形区呈明显的纤维状,而在均匀塑性变形区则由于回复再结晶而变成细小的等轴晶了.     

第三系软弱岩体蠕变理论

采用自行研制的重力杠杆式岩石蠕变试验机并配 三轴压力室，从而对泥岩进行了三轴为试验，根据试验结果，提出了软弱岩体的蠕变理论，并用于地下工程应力场，位移场和流变地压的分析与计算。通过算例分析，井巷围岩周边位移的流变地压的发展规律符合现场实际情况。     

变加载方式灰岩蠕变试验研究

打破单轴压缩蠕变试验传统的加载方式,改变加载速率和荷载增量法进行单试件逐级增量加载。瞬时加载阶段的轴向应变有如下特征:第一阶段各级的轴向应变速率随荷载级别的增加而降低,且大于第二阶段和过渡阶段所有级别的轴向应变速率。岩石在整个蠕变试验过程中,瞬时应变以硬化机制占主导地位,蠕变应变时颗粒进行受力调整,且加载速率与受力调整时间呈负相关。基于经典的Nishihara模型,参考前人研究成果,建立了能同时体现瞬时蠕变、稳态蠕变和与损伤演化过程有关的加速蠕变三阶段的蠕变本构模型。