摘要：注入压力是页岩气储层改造设计中的关键参数之一,较高的注入压力有利于打开地层、顺利注入压裂液和支撑剂、尽快取得较大的储层改造体积,但如果注入压力过大则套管变形的风险也会明显增加。为此,以一个工程项目为实例,提出了在保障套管完整性前提下的注入压力安全窗口上限即最大安全注入压力值的数值计算格式,并以四川盆地威远区块某页岩气井为例进行了验证计算。研究内容包括:(1)建立区块尺度的初始精细地应力场的三维有限元模型;(2)建立引入地层刚度非对称特性的初级子模型,以此来模拟裂缝分布的非对称属性;(3)建立包含套管、水泥环和地层材料属性的二级子模型;(4)利用子模型计算不同的注入载荷压裂引起的套管变形,判断得到满足套管变形安全要求的最大许用压裂注入压力。实例井的计算结果表明,当注入压力为80 MPa时,固井质量差、裂缝分布不对称的时候,得到的套管上最大位移点的水平位移值、垂直位移值明显小于90 MPa时的变形量,依据P110套管钢材的屈服极限判断此时的套管变形为弹性应变,该注入压力是安全的。结论认为,采用该计算方法得到的结果与工程实际吻合度高,具有合理的精度和准确性。

摘要：由于地层的应力条件对井孔稳定性、其中的套管的完整性及寿命有直接影响,因此它是影响油井生产效率的主要因素之一。针对可钻性和套管寿命等优化目标,该文提出了井孔轨迹优化计算时需要用到的地层载荷势。地层载荷势表达了地层初始应力状态对井孔稳定性及其中的套管的完整性的力学影响特征:其值越小,越有利于井孔稳定性及其中的套管的完整。此外,当需要对井孔关键井段的套管设计强度进行校核时,也可以用地层载荷势作为参考指数,选取相关井段进行计算校核。算例表明:地层载荷因子这一概念合理、相关计算格式实用,为相关工程实践提供了一个简便实用的理论工具。

摘要：针对一个井深为7500 m的竖直油井套管地层中有若干段蠕变严重的盐岩层,在固井后,由于盐岩层蠕变对套管产生的压力引起套管产生过量塑性变形,进而被挤毁。工程单位要求对原设计方案进行三维有限元模拟验算,并要求依据所拥有的资料提出新的设计建议。为此,应用ABAQUS有限元软件对原设计方案进行了三维弹塑性数值分析,进一步对壁厚增加以后的套管进行了弹塑性数值模拟分析。计算内容有:①原设计外径为0.34m、内径为0.31 m的套管在内外液体压力以及对称的15°扇形区盐岩压力作用下的三维弹塑性分析;②新设计建议外径为0.35 m、内径为0.315 m的套管在内外液体压力和非对称的15°扇形区盐岩压力作用下的三维弹塑性分析;③将上述②的模型所处位置深度增加,即平移使其顶部深度达到6500 m时套管的三维弹塑性分析。结果表明,原设计套管厚度不能承受盐岩层所产生的较大压力梯度,而壁厚增加以后的套管设计承载能力能够满足工作环境要求。

摘要：提出了一种新的损伤塑性本构模型,定义了一个用应力不变量表示的应力三轴比,强调了应力三轴比对塑性屈服的影响。采用本研究设计的专门用于本构校验的计算机软件,对上述模型的应力应变加载曲线进行了数值模拟,数值结果与实验结果吻合得比较好。

摘要：为了开发小型专用数据图形显示软件,使之能够为专用有限元程序的变量提供后处理工具,并与大型通用软件建立连接界面,设计了一种使用FORTRAN语言开发的、基于AutoCAD平台的有限元数值结果后处理的图形显示软件FEMCAD.该软件能够将有限元网格及数值分析结果的特点与AutoCAD所提供的图元结合起来,按照AutoCAD图形交换文件的格式把有限元数值计算结果写到AutoCAD的DXF文件中,进而实现了在AutoCAD界面下将小型专用有限元数值结果的可视化.

摘要：地层孔隙压力预测通常基于声波和电阻率等测井数据来进行计算,并且只能在有已钻井或者目标井邻近存在已钻井的情况下才能进行。而新区块或未钻井深部地层由于资料有限,没有测试地层压力可以参考,给钻井液密度、井身结构的安全合理设计带来了风险。为此,在Eaton法中引入三维地应力和层速度来计算地层孔隙压力,首先由地震层速度计算未钻井地层的声波时差、岩石密度、最大地应力、最小地应力,然后由Gardner经验公式法代入地震层速度计算上覆岩石压力中的岩石密度,进而对目标区块三维精细地应力场进行有限元建模计算,从而得到了目标区块的精细地应力场三维数值解,获得垂直地应力(最大主应力)、最小水平主应力,最后得到了地层孔隙压力。采用上部已钻井地层所获得的测井密度、声波、地层破裂压力、地层压力等资料,对Eaton法得到的关键参数进行了校验。准噶尔盆地南缘X1井按上述方法设计四开钻进至上白垩统连木沁组4131~5650 m井段,发现气显示,表明该井段的孔隙压力与钻井液密度接近。结论认为,对于新区块或未钻井深部地层采用基于层速度和三维地应力预测地层孔隙压力的方法是可行的,该方法可以为类似地区的钻井设计提供借鉴和参考。

摘要：为了充分发挥油层改造的效力,采用塑性损伤有限单元法,模拟水力压裂产生裂纹的扩展和分布情况,并以此为依据,对某油田长度为400 m的致密砂岩储层中一条水平井多段压裂的段间距设计进行优化选择,并使用标量损伤从数学上表达注水压裂在油层中产生微裂纹的体积密度.数值计算中采用固液耦合的三维有限元格式来模拟渗流与变形的耦合力学行为.为了对压裂区进行准确模拟,计算中采用了子模型技术.计算结果中给出了给定注水速率时相应的三维损伤演化,同时给出了损伤场、孔隙压力场和主应力场的分布.根据数值计算结果,推荐的段间距为80 m,这样400 m的水平井段应该采用6段压裂.

摘要：对大型复杂工程岩体结构，其材料的宏观力学性能的变形劣化是结构在外界条件作用下变形增加和稳定性降低的主要因素之一。本文通过引入应力跌落时发生各向同性软化的假定，给出了完整的弹脆塑性本构积分的数值格式和增量型弹脆塑性有限元求解算法。由典型结构的数值解与相应的解析解比较可见，本文数值解的精度是令人满意的。这说明本文弹脆塑性本构积分数值格式是合理的、有效的。所设计的有限元计算程序能够用于弹脆塑性材料组成的结构的力学行为的分析。

摘要：采用ABAQUS有限元分析软件,对某天然气储藏基地的一个储藏库进行三维黏弹塑性有限元模拟,分析了整个围岩体系在岩石溶解开挖阶段的应力与变形,以及套管相应的变形。主要内容包括:(1)给出施工引起的溶腔上部岩体的应力场和位移场,并给出套管周围岩体随深度的变化曲线;(2)结合ABAQUS软件要求的形式,给出一条合理实用的岩石蠕变曲线;(3)结合应力分析数值结果,确定岩石和套管中可能存在的塑性区,并对施工完成后岩体的稳定性做出评价。数值结果表明,经过3a的溶解开挖施工后,围岩能够形成以"压力拱"为特征的稳定的上覆岩体自承体系,说明储藏洞室的设计是合理可行的。但是有必要采取特殊措施,增强套管下端的强度。同时还应采取措施削减管段受到的来自围岩的向下牵拉作用。

摘要：为准确模拟分析汽车与防护栏碰撞的耦合碰撞过程,提出了利用土壤荷重与水平载荷的作用关系建立水平基床反力的评估理论,即以简单形式描述水平基床反力q和水平位移v的关系.采用Mohr-coulomb屈服准则,结合ABAQUS有限元数值模拟结果进行研究,发现支柱回转变形过程中水平基床反力系数不是恒定的,而是随着变形的发展逐渐变小;水平荷载引起土体产生塑性屈服,这一现象是由最大水平应力分量σx和最小应力分量σy的差值引起的.提出了水平基床极限承载力的理论公式,建立了土体在受水平力作用下水平基床反力的理论模型,为实际工程的设计与分析提供了参考.