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断裂带破碎地层井壁稳定机理的离散元法分析

石油钻采工艺 2021年第5期43卷 559-565页

作者：翟科军寇春松陈修平赵海峰中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院中国石化缝洞型油藏提高采收率重点实验室中国石油大学(北京)石油工程学院

受挤压构造运动影响,顺北5号断裂带奥陶系地层破碎,钻井过程中井壁坍塌掉块严重。由于破碎地层岩石的变形及应力是不连续的,破碎岩块间不存在黏聚力,导致常规的基于连续介质的岩石力学分析方法不适用于此类破碎地层。而离散单元法将含... 详细信息

受挤压构造运动影响,顺北5号断裂带奥陶系地层破碎,钻井过程中井壁坍塌掉块严重。由于破碎地层岩石的变形及应力是不连续的,破碎岩块间不存在黏聚力,导致常规的基于连续介质的岩石力学分析方法不适用于此类破碎地层。而离散单元法将含结构面的岩体假定为若干刚体组合,可以刻画变形及应力的非连续性,适用于破碎性地层建模。首先针对地层破碎特性提出能更加合理地表征钻井液封堵性能的新指标--压力传递系数,该系数可通过简单的实验获取;之后建立了适用于顺北破碎带的离散元模型;利用标定的模型分析了不同井斜角、钻井液密度、钻井液压力传递系数对井壁坍塌的影响程度。研究发现:破碎地层失稳是岩块受力平衡的打破造成的(而非岩块本身的强度破坏造成),钻井液压力传递造成井壁周围孔隙压力增加,降低岩石间的挤压力同时降低摩擦因数,导致摩擦力大幅度下降引发岩块失稳;破碎带岩石的尺寸影响井壁稳定性,岩块越破碎越容易发生失稳;随着井斜角增加,井壁失稳风险急剧增加;不同压力传递系数的模拟结果显示,钻井液安全密度窗口随封堵性提高得到不同程度的提高,各影响因素的容错率提高。该研究可为破碎地层安全高效钻井工程措施制定提供指导。

关键词：破碎地层井壁稳定钻井液封堵性离散元模型压力传递系数

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非连续煤层井眼稳定性预测方法

非连续煤层井眼稳定性预测方法

作者：赵欣鑫中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

基于煤层被割理分割成一定数量小斜方体,对最容易发生坍塌掉落的煤块进行受力分析,由受力平衡条件建立井壁稳定计算构元模型。构元模型分析得出提高井眼压力可能增加井壁稳定性,也可能降低井壁稳定性,取决于地应力的大小、割理间距、割... 详细信息

基于煤层被割理分割成一定数量小斜方体,对最容易发生坍塌掉落的煤块进行受力分析,由受力平衡条件建立井壁稳定计算构元模型。构元模型分析得出提高井眼压力可能增加井壁稳定性,也可能降低井壁稳定性,取决于地应力的大小、割理间距、割理面摩擦角、割理倾角及钻井液的封堵性。综合上述因素定义井壁稳定性系数c,按照系数c的正负给出了坍塌压力的确定方法。若系数c恒大于0,则提高钻井液液柱压力能有效防止井壁坍塌;反之,仅通过提高井筒液柱压力的方式不利于井壁的稳定,还需要使用封堵性更好的钻井液。对三种钻井液进行压力传递实验,得出压力传递系数k。结果可知钻井液的封堵性越好,压力传递系数越小;可以使用更大密度窗口的钻井液。当井眼大小与割理间距的比值增大时,会降低井壁的稳定性。

关键词：煤层构元模型压力传递系数井壁稳定

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盾构机密封舱压力分布数值模拟

盾构机密封舱压力分布数值模拟

作者：亢晨钢大连理工大学

学位级别：硕士

随着我国城市建设的不断发展,很多城市都开展了地下铁路的建设。而在施工建设中,EPB盾构机得到了广泛应用。由于在盾构机掘进过程中,无法实时观测掘进工作面的土水压力,因此,给盾构机掘进时有效地控制地表的隆起和沉降带来了困难。需要... 详细信息

随着我国城市建设的不断发展,很多城市都开展了地下铁路的建设。而在施工建设中,EPB盾构机得到了广泛应用。由于在盾构机掘进过程中,无法实时观测掘进工作面的土水压力,因此,给盾构机掘进时有效地控制地表的隆起和沉降带来了困难。需要建立密封舱内土压力场与掘进工作面的土水压力之间的非线性映射关系,通过观测密封舱内土压力场变化,实时预测掘进工作面的土水压力,并且通过控制盾构机的推力(或者推进速度)和螺旋输送机转速,有效地控制盾构机密封舱土压力,进而有效地控制盾构机掘进过程中地表的变形。结合某城市在地铁隧道建设工程,建立了EPB盾构机密封舱的有限元模型,采用ANSYS有限元软件对盾构机密封舱的土压力分布进行了模拟。研究了盾构机密封舱各横截面的土压力分布、刀盘开口率和刀盘旋转对密封舱压力分布的影响以及压力传递系数与刀盘开口率之间的关系。通过有限元数值模拟,采用Duncan-Chang非线性本构关系在ANSYS软件上对盾构机密封舱土压力场进行了数值模拟。确定了合理的掘进工作面压力,通过在盾构机密封舱承压隔板上采样,得到了各个采样点的土压力分布规律,以及密封舱不同横截面的压力分布。计算结果表明,数值模拟盾构机密封舱隔板压力与现场实际观测值基本一致。建立了32%、52%、72%三种不同刀盘开口率的盾构机密封舱模型,将盾构机密封舱承压隔板压力与掘进工作面压力之比定义为压力传递系数,得到了各种刀盘开口率下的压力传递系数,通过回归分析,得到了压力传递系数和刀盘开口率的关系。

关键词： EPB盾构机压力分布压力传递系数有限元

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EPB盾构机土仓压力分布有限元数值模拟

工程建设 2009年第4期41卷 1-6,14页

作者：亢晨钢李守巨刘迎曦大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

结合某地铁施工实例,采用有限元方法数值模拟了土压平衡盾构机的土仓压力。通过计算刀盘开口率不同的土仓压力分布,建立了盾构机土仓的承压隔板压力与开挖面压力的关系,研究了刀盘开口率对盾构机土仓压力分布的影响。通过回归分析,得到... 详细信息

结合某地铁施工实例,采用有限元方法数值模拟了土压平衡盾构机的土仓压力。通过计算刀盘开口率不同的土仓压力分布,建立了盾构机土仓的承压隔板压力与开挖面压力的关系,研究了刀盘开口率对盾构机土仓压力分布的影响。通过回归分析,得到刀盘开口率与压力传递系数之间的映射关系。数值模拟结果表明,有限元模拟结果与现场观测值基本一致。

关键词： EPB盾构机压力分布开口率压力传递系数

龙羊峡水电站钢蜗壳与钢筋混凝土联合承载试验应力浅析

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西北水电 1991年第4期 40-47,55页

作者：阎力

钢蜗壳与钢筋混凝土联合承载的问题,是水电站厂房设计的关键性技术问题之一,在高水头大流量的蜗壳中尤为重要.我院龙羊峡水电站设计有关人员于1986年提出开展该课题的研究工作.院科研所承担的仿真材料模型试验即其中之一.1991年提出试... 详细信息

钢蜗壳与钢筋混凝土联合承载的问题,是水电站厂房设计的关键性技术问题之一,在高水头大流量的蜗壳中尤为重要.我院龙羊峡水电站设计有关人员于1986年提出开展该课题的研究工作.院科研所承担的仿真材料模型试验即其中之一.1991年提出试验报告.龙羊峡水电站4~#机已于1988年采用了联合受力的薄软垫层方案,投产运行两年来,经受了考验.该试验及设计方案在国内尚属首次.本文通过两个大比例尺仿真材料结构模型试验与有限元计算成果,阐述了有、无垫层的蜗壳与钢筋混凝土联合承载的工作状况及破坏机理,对比了两种条件下各层材料的应力值与承载比,分析了垫层的作用与效果,并对龙羊峡水电站蜗壳进行了初步分析.

关键词：蜗壳承载比应力集中系数压力传递系数