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。     

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.     

大位移井下套管受力分析和计算

通过分析套管柱在下入过程中的受力,导出了套管柱在大位移井中三维力学模型,该模型综合考虑了井斜角和方位角的变化、套管柱内外密度的不同、内外泥浆的压力以及套管自身的几何参数、物理参数等因素的影响,通过对模型的求解,可以得到不同井眼类型、泥浆密度、悬浮长度以及不同下套管方案下的套管受力,为大位移进下套管作业提供了力学参考,该模型所开发的软件可用于大位移井下套管摩阻预测和下套管方式的选择,用该软件在两实例加以验证,预测结果与实测结果吻合料好。     

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.     

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。     

饱和岩石循环冻融蠕变力学特性及损伤分析

为研究饱和岩石循环冻融条件下的蠕变力学特性,开展不同饱和冻融次数三轴蠕变力学试验。根据试样变形特征建立了弹粘塑性蠕变模型,计算了蠕变模型相关参数,研究了饱和循环冻融相关参数变化特征。分析了随冻融次数增加裂隙扩展发育规律,提出了循环冻融蠕变损伤模型,基于试验数据对损伤模型进行了验证。研究表明:饱和循环冻融蠕变过程分为过渡蠕变阶段,稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段三个阶段,冻融次数增加蠕变各个阶段均呈缩短趋势。建立弹粘塑性蠕变模型基础上,总结相关蠕变参数随加载应力增加均呈现增大趋势,随冻融次数增加,相同应力条件下蠕变参数逐渐减小。冻融过程中裂隙发育主要分为两种:沿原有裂隙扩展和独立发育的裂隙。原有裂隙扩展速度大于独立发育裂隙产生速度。试样循环冻融过程中裂隙发育速度逐渐增大。考虑冻融次数对蠕变参数的影响,同时引入损伤系数对其影响结果修正,建立蠕变损伤模型解释了循环冻融蠕变损伤过程,模型理论曲线与试验数据对比显示具有较好的相关性,验证了蠕变损伤模型的正确性。     

油层出砂引起采油套管损坏的力学分析

基于普氏自然平衡拱理论，并考虑套管与地层的相互作用，对空洞的形态进行了分析，得出出砂空洞的顶部压力拱形状为抛物线，给出了油层出砂形成空洞后淘空段套管所受轴向力的计算公式。将套管损坏近似看成两端固定压杆的失稳弯曲，建立了套管失稳破坏与出砂量之间的关系，并分析了不同的钢级和壁厚对套管发生失稳破坏时出砂量的影响，指出对于出砂严重的油田，其油层段应尽量使用高强度、大壁厚的套管。该研究不但有助于严重出砂油田的套管设计，而且在实际生产中还可以通过监测出砂量来判断套管是否已发生损坏，从而保证采取及时、有效的防砂方法，达到防止套管损坏的目的。     

套管抗挤强度统计分析研究

针对美国石油协会的套管抗挤强度计算公式与实测套管挤毁压力差距较大的问题,利用统计学方法,详细分析了套管实物挤毁试验检测数据,得到了各因素影响套管抗挤强度的定量指标.研究表明,套管抗挤强度主要由径厚比决定;套管计算屈服外压和失稳外压等其他参数及其交互作用对套管的抗挤强度也有显著影响;套管外径和壁厚数据的变异系数比外径不圆度和壁厚不均度对套管抗挤强度的影响更显著.最后给出了套管抗挤强度统计计算公式,为生产厂和用户提供了预测套管抗挤强度的简单实用的计算方法.     

套管头结构有限元分析及评价

针对固井过程中套管头损坏现象,采用有限元软件建立套管头整体有限元模型,对套管头在不同工况条件下进行应力计算,得到套管头整体及各部件的应力分布状态,并依据给出的复杂应力评定标准对其进行强度评价,并计算出不同类型套管头的极限悬挂载荷,给出了不同套管柱套管头悬挂重量的最优载荷,为套管头在完井作业中能够安全可靠地工作提供了保证。     

具有特殊尺寸机器人的位置反解算法

针对特殊尺寸串联机器人的种类较多,每一个机器人单独编程,求解比较繁琐,尚没有统一运动学计算方法的问题,尝试利用一般6R机器人的位置反解程序进行求解。通过把特殊尺寸进行微小调整,避免了采用一般尺寸6R机器人的反解程序进行特殊尺寸机器人求解时遇到的退化和奇异问题。同时,这些微小调整基本上不影响机器人的输出位置精确位数,满足实际要求。以PUMA机器人为例进行了数值计算,验证了该方法的可行性,并得出不同的尺寸调整组合对计算过程的数值精确位数有不同要求的结论,以及在PUMA机器人的实际应用中可取计算数值精确位数为31位。     

含瓦斯煤岩三维蠕变模型与稳定性分析

研究含瓦斯煤岩的蠕变特性是认识煤矿井下煤与瓦斯延迟突出机理的重要手段.为确定含瓦斯煤岩的蠕变规律,采用自行研制的含瓦斯煤岩蠕变试验装置,对含瓦斯煤样进行了系统的三轴蠕变试验.利用西原模型与能描述非牛顿流体的粘弹塑性体相结合,建立了改进的含瓦斯煤岩三维蠕变模型,并根据实验结果拟合出了模型的参数.根据含瓦斯煤岩在不同的载荷条件下的三维蠕变试验结果对蠕变模型进行了验证.结果表明,所提出的含瓦斯煤岩三维蠕变模型能很好地描述含瓦斯煤岩各蠕变阶段的变形特性,尤其是加速蠕变阶段.此外还根据微分方程解的稳定性理论,讨论了含瓦斯煤岩蠕变模型的失稳条件.