拉压弹性模量差异对泡沫铝夹芯板三点弯曲模拟的影响

泡沫铝材料是一种典型的拉压双模量材料,即受拉与受压时弹性模量不同。使用ABAQUS有限元软件对泡沫铝夹芯板的三点弯曲行为进行了模拟。首先,对泡沫铝芯层采用可压缩泡沫模型,通过对芯层的受拉区和受压区采用不同的弹性模量来讨论拉压弹性模量差异对夹芯板三点弯曲行为的影响。同时,在泡沫铝压缩响应一致的情况下,对可反映拉压弹性模量差异的孔洞模型和未考虑拉压弹性模量差异的可压缩泡沫模型的夹芯板三点弯曲模拟结果进行了比较。研究表明,泡沫铝芯层的弹性模量对夹芯板的三点弯曲行为模拟有较大影响。若不考虑泡沫铝拉压弹性模量的差异,得到的夹芯板三点弯曲情况下的加载刚度和屈服荷载明显偏低。

内部填充泡沫铝的柱壳力学响应数值模拟

针对泡沫铝及其填充圆柱壳的变形模式复杂、理论分析困难的问题,在分析泡沫金属唯象本构模型的基础上,用Bilkhu/Dubois可压缩泡沫模型描述泡沫铝的力学行为,用随机几何缺陷描述结构的可能缺陷形式,采用有限元法对内部填充泡沫铝的圆柱壳结构在轴向载荷作用下的静、动态力学响应进行了数值模拟。数值模拟结果与实验结果较一致,表明Bilkhu/Dubois可压缩泡沫模型可用来描述泡沫铝在复杂应力状态下的力学特性,本文中采用的数值模拟方法是合理的。

深水套管环空圈闭压力计算及控制技术分析

针对深水井测试及生产过程中套管环空圈闭压力增加导致套管挤毁和破坏的问题,建立了环空圈闭压力计算模型,利用平面应变问题的基本方程和拉梅方程对环空圈闭段套管应力、应变和位移进行了求解,分析了油藏与海底温度、流体性质与生产流速、井身结构与套管材质以及固井水泥返高等因素对环空圈闭压力的影响。在此基础上,对目前国际上采取的环空圈闭压力控制技术进行了分析,认为安装破裂盘和使用可压缩泡沫材料这2种技术方案可有效控制深水套管环空圈闭压力,确保深水油气开发井筒完整性和作业安全性。

尼日利亚AKPO130深水油田开发井减小由温度引起套管附加载荷技术

由温度引起的套管附加载荷是深水气油田进行开发井套管强度设计时必须考虑的关键因素之一。深水油气田生产的井下油气会使套管间密闭环空内流体的发生受热膨胀,导致套管间密闭环空压力的增加,产生对套管的附加载荷。这种载荷往往超过现有套管的抗内压或抗外挤强度。针对温度引起套管附加载荷所带来的挑战,归纳总结多种目前世界深水井中采用的减小温度引起套管附加载荷的技术,详细介绍尼日利亚AKPO130深水油田开发井所选取的减小由温度引起套管附加载荷技术措施,分析了套管外安装可压缩泡沫材料对减少温度引起套管附加载荷的影响,对今后中国深水油气田开发井处理温度引起套管附加载荷的问题具有较好的借鉴意义。

The Asymmetric Collapse of Bubbles in Compressible Liquid

The analytical solution of a bubble collapse close to a solid boundary in a compressible water is investigated by means of a perturbation method to first order in the bubble wall Mach number. It is shown, in this paper, that it is the Rayleigh?Plesset equation for incompressible liquid to zero order solution or similar to the Gilmore equation for compressible water to first order solution when the effect of solid boundary is negligibly small enough, i.e., sufficiently far away from the bubble center.

深水泡沫套管静水压载特性与压力控制机理

深水油气井生产测试阶段受地层高温流体的影响,会产生套管环空圈闭压力上升现象,严重威胁油气井管柱服役周期和井筒完整性。采用泡沫套管技术能有效减缓环空压力上升,保护管柱结构不受损坏,是一项经济可行的控压措施。首先通过实验测试得到了不同温度和不同微珠质量含量下的复合泡沫材料体积压缩率随静水压力的变化规律,并根据Gibson模型中的多孔材料力学行为理论,分析了泡沫套管控压过程中线弹性变形、屈服破坏和致密化压缩3个阶段的力学行为特征。同时根据弹性力学和热应力理论,结合多层圆筒受热变形原理,遵照体积相容性原则推导出密闭环空内压力增量、体积增量与温度变化之间的函数关系。针对泡沫材料体积压缩量进行分段计算处理,利用实验数据线性回归得到泡沫材料线弹性阶段和致密化阶段的压缩系数,建立了涵盖热膨胀效应和致密化效应的泡沫体积压缩计算模型。结果表明:泡沫材料的启动压力会随着温度的升高而降低,空心玻璃微珠含量越高,泡沫材料体积压缩率越大;深水井多层套管环空内压力增量、体积增量与温度变化呈线性关系,环空体积增量越大,环空压力增量越小;泡沫材料在致密化压缩阶段比线弹性压缩阶段更能有效地控制环空压力上涨幅度,计算时不可忽略;当环空压力增量达到泡沫套管启动压力时,环空内压力大幅降低,套管体积变化量减小。