储气库套管-水泥环-地层的匹配关系

为了防止储气库井筒内注气增压过程中水泥环本体产生塑性变形,卸载时产生微环隙导致井筒密封失效,运用ABAQUS建立储气库套管-水泥环-地层组合体弹塑性力学模型,模拟储气库井筒内气压变化过程,结合水泥环和地层弹性模量等影响因素分析储气库套管-水泥环-地层之间匹配关系的变化规律。结果表明:以水泥环本体不发生塑性应变为标准,以套管抗内压强度为限制条件,可为不同类型套管匹配最佳的水泥环厚度;当套管尺寸一定时,地层和水泥环弹性模量越小,水泥环厚度越大,套管承压越大,储气库井筒密封失效的可能性越小。(图9,表4,参20)     

非均匀地应力作用下套管-水泥环组合体抗挤强度模型及优化

针对油田在开发过程中经常遇到流变性地层的流动导致大量的套管被挤坏的情况,推导了套管-水泥环组合体在非均匀载荷下的应力计算公式,并建立了套管-水泥环组合体强度模型。以套管内壁的有效应力和组合体工程造价为目标提出了流变性地层套管-水泥环组合体的优化设计方法,建立了3种类型的优化数学模型。研究了不同组合条件下的套管-水泥环组合体承受非均匀载荷的能力及其相对应的工程造价,优化的结果能够较好地指导套管-水泥环组合体的设计。     

地下储气库井筒水泥环的弹塑性分析

为了分析连续注采工况下地下储气库井筒水泥环的受力与变形规律,基于弹塑性力学的基本原理,以套管-水泥环-围岩组合体为研究对象,结合温度、孔隙压力及地层远场应力等影响因素,推导出注采工况下受内外压作用的水泥环的弹塑性应力和位移的解析解。实例计算表明:注气中水泥环会发生塑性变形,内外壁面径向接触应力随内压非线性增加;注采中的井筒温度和孔隙压力变化是影响水泥环受力的重要因素;水泥环弹性极限内压随温度的降低和孔隙压力的增大而增大;水泥环与套管、围岩的径向接触应力随温度的升高和孔隙压力的增大而增大。研究成果为优化储气库运行参数、控制"微环空"的产生提供了技术支持。     

P110套管腐蚀开裂机理研究

石油套管在矿化度严重的地层中容易腐蚀.腐蚀基本特征为点蚀,腐蚀形状大多呈类椭球体形.套管腐蚀以后壁厚减薄,点蚀会产生应力集中,降低了套管的强度,对油田生产造成严重影响.以P110套管为研究对象,应用弹塑性有限元方法对套管腐蚀后模型进行静力学分析.研究表明,套管腐蚀后在分别受均匀内压和外压作用时,最大Von-Mises应力与应变值均发生在套管腐蚀坑内壁处,且2种压力作用时的最大Von-Mises应力与应变值相差不大;随着套管腐蚀程度的变化,在分别受均匀内压和外压作用时,套管最大Von-Mises应力值和应变值的变化规律相似;影响套管强度的主要因素为腐蚀坑深度,即随着腐蚀深度的增加,套管的抗压能力明显降低,套管的开裂压力越来越小,且内压和外压作用时的开裂压力十分接近.     

海底管道腐蚀与剩余寿命的灰色预测

腐蚀是引起海底管道破坏失效的重要原因之一,对海底管道腐蚀量进行测量和预测,是保证管道安全的重要组成部分。根据ASME B31G,推导了均匀腐蚀和局部腐蚀同时发生时海底管道的极限内压计算公式。将局部腐蚀简化为沿轴向分布的矩形缺陷,利用灰色模型分别预测管道内的均匀腐蚀和局部腐蚀,并根据预测结果计算出管道的极限内压和剩余寿命。鉴于局部腐蚀对管道强度的作用机理比较复杂,只分析了沿轴向分布的两个局部腐蚀对极限内压的影响,对于腐蚀宽度、环向分布以及多个腐蚀坑相互影响等更复杂的情况尚需开展深入研究。     

超深井蠕变地层套管强度及其影响因素研究

由于盐膏层岩石具有蠕变特性,导致盐膏层钻井、完井工艺复杂,造成井下套管损坏率高;本文采用岩石模拟伯格斯模型,研究了非均匀地应力下蠕变地层套管径向应力、最大等效应力和套管安全系数的分布规律,并在此基础上系统地研究了地层弹性模量和泊松比、水泥环模量和泊松比、非均匀载荷系数、内压等工程和地质因素对套管应力和载荷的影响规律,为蠕变地层中套管强度计算提供理论依据。     

非均匀地应力条件下注水井泄压对套管受力的影响分析

注水井泄压导致套管损坏的现象在油田生产过程中时有发生,特别在非均匀地应力场和井眼几何形状不规则的情况下,套管柱承受的应力集中效应更为显著。为了分析非均匀地应力场注水井泄压过程套管应力的变化,采用有限元方法模拟计算了不同地应力场分布、椭圆水泥环不同弹性模量和泊松比以及不同椭圆度条件下的套管von Mises应力变化。结果表明:地应力差值变化对泄压水井套管应力不存在影响;椭圆水泥环弹性模量增加,水井泄压时套管所受的von Mises应力最大值减小,而泊松比增加,水井泄压时套管所受的von Mises应力最大值增大;水泥环椭圆度增加,套管上的von Mises应力最大值增大。     

内蒙古中西部3种乡土植物单根拉伸的疲劳力学特性

以内蒙古中西部3种典型乡土植物柠条(Caragana korshinskii)、沙棘(Hippophae rhamnoides)和紫花苜蓿(Medicago sativa)鲜根为对象,进行单根在瞬时和反复多次重复拉伸2种不同加载方式下的极限拉伸试验,研究3种植物单根疲劳后极限抗拉力学强度指标,比较疲劳前和疲劳后单根极限抗拉力学强度指标的差异性。结果表明,3种植物单根在代表根径级(1-1.5 mm)下重复多次疲劳加载后的极限抗拉强度均大于疲劳前瞬时拉伸极限抗拉强度,其值为柠条:71.14±0.8826.23±0.15,紫花苜蓿62.1±0.3148.90±0.35,沙棘:66.67±0.4851.81±0.76。     

沙棘根系固土力学特性对其平茬复壮的响应

为考察平茬措施对根系力学特性的影响，以内蒙古干旱半干旱地区水土保持先锋灌木沙棘（Hippophae rhamnoides）根系为研究对象，使用TY-8000拉力机，进行单根极限拉伸试验和根土界面拉拔摩阻试验，并分析平茬对沙棘根系固土力学特性的影响。试验结果显示，在测试根径为0~5 mm时，平茬和未平茬条件下，沙棘单根极限抗拉力、抗阻拉力均与直径呈幂函数正相关；单根极限抗拉强度、根-土界面拉拔抗剪强度均与直径呈幂函数负相关。在代表根径级0.5~1.5 mm，沙棘平茬较未平茬平均单根极限抗拉力值提高31%；平均单根极限抗拉强度提高37%；平均拉拔抗剪强度提高30%。研究结果表明，直径对沙棘根系抗拉强度和抗剪强度均有影响，且沙棘经平茬处理后，抗拉特性和抗剪特性均有所提高。     

轴拉荷载作用下粉煤灰混凝土碳化性能研究

研究通过自行研制的长期轴拉持载装置,对不同掺量的粉煤灰混凝土进行短期及长期轴拉荷载下的碳化试验,探讨不同荷载水平的短期加载及长期持载形式对混凝土碳化的影响,进一步分析拉、压荷载对混凝土碳化性能影响的区别。结果表明:在各碳化龄期,不同掺量粉煤灰混凝土碳化深度均随荷载水平的增加而增大;长期持载较短期加载对粉煤灰混凝土的抗碳化性能更为不利;粉煤灰掺量低于30%时,轴拉荷载下的碳化深度大于轴压荷载下的碳化深度,当粉煤灰掺量达到40%,应力水平超过20%时,轴压荷载较轴拉荷载对混凝土的抗碳化性能更为不利。     

家具用定向刨花板的连接力学性能

利用力学加载的试验方法,测试板材在不同孔径比(α)情况下的极限抗拉拔力。根据定向刨花板与偏心连接件胀栓的连接配合关系,研究孔径比(α)对不同密度定向刨花板(OSB)、中密度纤维板(MDF)和普通刨花板(PB)之间极限抗拉拔强度的影响。结果表明,在导向孔径从小变大的过程中,试件的极限抗拔力会随着孔径比α值的增大而逐步增大,在达到各自某一个最大值后呈现逐步下降的趋势,定向刨花板的最大极限抗拔力出现在α值为0.91~0.93之间;当孔径比α值在0.91附近时,MDF、PB、OSB 3种人造板材的极限抗拔力都处在相对较高的水平,极限抗拔力的大小顺序为OSBⅡ、OSBⅠ、PB、MDF。在此阶段,OSBⅡ板材的极限抗拔力明显高于其他3种人造板材的极限抗拔力;在同等公称尺寸的情况下,人造板材密度越高,内结合强度越强,随之极限抗拔力则越高,结构越牢固。对于定向刨花板,OSBⅡ的极限抗拔力高于OSBⅠ,同时各项性能也明显优于常用的刨花板和中密度纤维板。     

?139.7mm套管开窗侧钻井优快钻井技术

套管开窗侧钻井技术可以使深部套管损坏的油、水井得到修复再利用，但由于开窗侧钻井井眼小，所用钻头、钻具、工具受到限制。同时环空间隙小，对钻井速度及施工质量有很大的影响。通过优选钻头不但提高了钻井速度同时增大了环空间隙，解决了小井眼施工中环空返速低的问题，也为后期完井作业奠定了基础。通过优化钻具结构，使用防卡钻具组合提高了防卡能力。在轨迹控制方面运用无线随钻测量技术实现了随钻跟踪，进一步提高了井下安全。针对以往小井眼固井难点，研究适合小井眼固井的低密度早强水泥浆，解决了固井水泥低返以及固井过程中蹩压的问题，使小井眼固井质量都有了很大提高。通过以上技术应用为侧钻井的进一步发展找到一种新的方法。     

基于统一强度理论考虑拉压模量不同散体材料桩承载力计算

考虑岩土类材料拉压模量不同和应变线性软化特性,运用空间轴对称的统一强度理论分析了柱形孔扩张问题,推导出了圆孔扩张问题的应力场、位移场及最终扩张压力的统一解表达式,并在此基础上推导出了散体材料桩极限承载力计算公式.将该公式应用于某高速公路碎石桩复合地基中碎石桩极限承载力的计算,计算值与试验值吻合良好.最后,分析了不同拉压模量比、软化特性参数及其他计算参数对计算结果的影响.分析结果表明,采用传统弹性理论,不考虑拉压模量不同及应变软化的方法来计算会带来较大的误差.     

不同级配类型水泥稳定碎石路面基层材料的抗裂性能

通过实验室试验,确定了悬浮密实和骨架密实两种集料级配类型各5个水泥用量共10种水泥稳定碎石路面基层材料的各项材料参数,进而分析了材料在温度、湿度作用下的抗裂性能. 分析结果显示,悬浮密实型和骨架密实型水泥稳定碎石路面基层材料不开裂的极限降温幅度和极限失水率都是随着水泥用量的增加而减小;相同水泥用量时,骨架密实型材料较悬浮密实型材料的极限降温幅度高19.9%~24.3%和极限失水率高3.6%~6.8%;骨架密实型材料的最佳水泥用量较悬浮密实型材料的最佳水泥用量低约2%,而最佳水泥用量时极限降温幅度高279%~294%和极限失水率高109%~119%.     

内压作用下的磨损套管外壁应力变化规律研究

针对月牙形磨损套管,运用ANSYS有限元分析软件,研究了磨损套管外壁的应力变化规律,包括磨损套管外壁最大MISES应力出现的位置、磨损处外壁应力（周向应力和MISES应力）随磨损深度的变化以及钻杆接头半径对爆破强度的影响。研究结果表明,磨损套管外壁的爆破点位于剩余壁厚最薄处;当内压力一定时,随着磨损深度的增加,周向应力和MISES应力的变化曲线呈现先下降后上升的趋势;在爆破状态下,钻杆接头半径的大小变化对磨损套管外壁壁厚最薄处的MISES应力基本没有影响。[     

考虑应变软化厚壁圆筒受外压作用统一极限解

为了解混凝土或岩石类材料厚壁圆筒受外压作用的承载特性,根据俞茂宏的统一强度理论,考虑材料的应变软化特性,得到了适合应变软化材料的统一强度准则,并据此推导出了混凝土或岩石类材料厚壁圆筒受外压作用的弹性与塑性极限荷载公式.还详细讨论了厚壁圆筒外半径与内半径比、反映中间主剪应力作用以及相应面上的正应力作用对材料破坏影响程度的系数、材料的拉压强度比以及损伤参量等对圆筒极限荷载的影响,得到了一些可供工程设计参考的重要结果.     

低掺量油菜秸秆纤维混凝土力学性能试验研究

为了探索秸秆纤维对混凝土力学性能的影响机理,研究了在水灰比为0.50、强度等级为C35条件下,不同油菜秸秆纤维长度和油菜秸秆体积掺量的混凝土力学性能。通过测试混凝土的抗压、劈裂抗拉、抗折强度,分析油菜秸秆纤维对混凝土力学性能的影响规律,并使用扫描电镜验证分析结果。结果表明:混凝土的抗压、劈裂抗拉、抗折强度随着油菜秸秆纤维长度的增加和掺量的提高均呈现先增大后减小的趋势;当纤维长度30～40 mm,体积掺量0.1%时,抗压强度为47.43 MPa,比对照组提高16.45%,当纤维长度20～30 mm,体积掺量0.2%时,混凝土的劈裂抗拉和抗折强度为3.71 MPa、9.1 MPa,比对照组提高9.12%、6.64%,扫描电镜对比观察0.2%和0.4%纤维体积掺量的混凝土内部结构,证实0.2%掺量混凝土的纤维-混凝土交界面无大面积孔隙,纤维上水泥浆体均匀分布,与混凝土间形成良好的吸附黏结力与机械啮合力,混凝土内部纤维填充了有害孔隙,无纤维结团现象,减少了应力集中,增强了混凝土的力学性能。     

储气库井油套环空的合理氮气柱长度

针对储气库井的油-套环空异常带压问题,建立注入氮气柱的密闭环空数学模型,综合分析了在压力、温度影响下密闭环空的压力变化情况.对储气库井注气过程和采气过程中的环空压力进行分析计算,研究了环空氮气柱长度、注采过程中油管温度和压力等因素对油-套环空压力的影响规律.结果表明:环空注入一定长度的氮气能有效缓解储气库井环空带压问题;氮气柱越长,套压值越低,当氮气柱长度超过100m时,套压变化越来越小,环空氮气柱长度范围宜选取100～200 m,初始氨气注入压力为2 MPa;油管压力和温度变化影响环空套压值,其中温度是主要影响因素,使用隔热材料,有助于减小或防止注采过程中由于油管温度升高引起的环空压力升高.     

大骨料混凝土冻融循环后单轴动态抗拉性能试验研究

针对寒冷地区水工混凝土结构受冻融循环和动荷载作用后会影响其混凝土力学性能,采用混凝土自动快速冻融机进行大骨料混凝土抗冻性试验,再利用大型电液伺服静动三轴试验设备对其进行单轴动态抗拉试验。基于试验数据分析了不同冻融循环次数下的大骨料混凝土的破坏形态和质量损失率及单轴抗拉强度、峰值应力点的应变随冻融次数和应变速率的变化规律。结果表明,动态极限强度较静态极限强度提高的百分比随冻融循环次数增加呈降低趋势,冻融循环作用后单轴抗拉强度在应变速率为1×10~(-3)/s或1×10~(-2)/s时损失最多;在对试验结果分析的基础上建立了冻融循环和动态加载速率作用的大骨料混凝土单轴动态抗拉破坏准则。     

地层与水泥环的材料性质对油气井井筒力学状态的影响规律

井筒的完整性是保证油气井安全生产的前提。地层与水泥环的材料性质会影响井筒的力学状态,但是目前相关研究资料并不多。通过建立地层-水泥环-套管的力学模型,应用弹性力学理论,推导在地应力场中井筒第一、二界面的接触压力。引入压力传递系数概念,分析了水泥环和地层的弹性模量、泊松比对套管与水泥环力学状态的影响规律。结果表明,具有较大弹性模量与泊松比的地层有利于降低井筒载荷。推荐固井选用高强度、低弹性模量、小泊松比的水泥浆体系来提高井筒完整性。该研究成果对基于材料性质提高井筒完整性具有一定的参考意义。