非均匀地应力场中套管井井周应力分布及影响因素研究

用解析方法对非均匀地应力场中的套管-水泥环-地层应力分布进行了分析,并编制相应计算程序,来分析套管井周围径向、周向应力的分布规律,并依此研究了套管内径、套管壁厚、水泥环壁厚、水泥环弹性模量对套管所受径向、周向应力的影响规律。研究结果表明套管-水泥环-地层系统中各界面上的周向、径向应力均呈椭圆图形分布,且各界面周向应力以及套管与水泥环接触面径向应力的长轴均指向最小主压应力方向;套管外壁周向应力随着水泥环弹性模量的减小、套管内径的增大、套管壁厚的减小、水泥环壁厚的减小而逐渐增大;套管径向应力,随着水泥环弹性模量的减小、水泥环壁厚的减小、套管内径的减小、套管壁厚的增大而逐渐增大;影响套管周向应力的主要因素是水泥环的弹性模量和套管内径,影响套管径向应力的主要因素是水泥环的弹性模量和套管壁厚。分析认为适当提高水泥环的弹性模量、减小套管内径、增加套管壁厚,可减小套管应力,提高套管井抗挤强度。研究成果对优化套管完井设计、避免套管变形损坏、指导套管井的各种井下作业措施均具有重要的指导意义。

非均匀地应力场中巷道围岩塑性区分布的工程地质分析

考虑岩体的地质强度和受工程扰动程度,应用广义Hoek-Brown强度准则和弹塑性力学方法,对非均匀地应力场中的圆形巷道围岩塑性区进行分析,建立了与岩体地质强度指标(GSI)和开挖扰动程度(D)有关的塑性区边界线方程式。通过实例,分析了不同地质强度指标和工程扰动程度下的塑性区分布的形态,得出当岩石地质强度指标GSI值一定时,巷道围岩的塑性区范围随着工程扰动程度D的增大而增大;当扰动系统D的值一定时,巷道围岩的塑性区范围随着地质强度指标GIS的减小而增大。

非均匀地应力场中井眼缩径的粘弹性数值模拟

采用AN SYS有限元软件将盐膏层模拟为三单元流变模型,系统地研究了非均匀地应力场中钻井液密度与井眼扩大系数对井眼尺寸的影响,实例分析表明:非均匀地应力场中井眼不再是规则的圆形而是椭圆形;井眼变化值在X方向最大,Y方向最小;X方向井眼半径伸缩量随着钻井液密度的增大而减少,随着井眼扩大系数的增大而增大;与井眼扩大系数相比,Y方向井眼半径伸缩量受钻井液密度的影响比较大:当钻井液密度1.6g/cm3时,Y方向为井眼缩小,钻井液密度1.8g/cm3时,Y方向为井眼扩大。

非均匀应力场中爆破开挖时地应力动态卸载所诱发的振动研究

采用数值模拟和实测围岩振动资料验证相结合的方法,分析非均匀应力场中圆形隧洞钻爆开挖时开挖边界上的径向、剪切地应力动态卸载以及二者耦合卸载所分别诱发的围岩振动特性。计算结果表明:径向、剪切应力动态卸载所分别诱发的振动及二者耦合卸载所诱发振动的大小和分布均由各自的卸载地应力场的分布决定,而卸载地应力场则由侧压力系数和崩落层的相对厚度决定;在最大主应力方向,径向、剪切地应力动态卸载所诱发的围岩振动方向相同,耦合卸载振动等于二者之和,在最小主应力方向,两者所诱发的振动方向相反,耦合卸载振动等于二者之差。在圆形地下洞室围岩中,耦合卸载振动呈椭圆形分布,其长轴在主地应力较大的方向,短轴在主地应力较小的方向,表现出一定的地应力导向性。最后,利用小波变换突出信号奇异点的特性,采用小波分析模极大值方法识别瀑布沟水电站地下厂房开挖过程中实测围岩振动曲线中地应力动态卸载振动的到达时刻,初步分离围岩总体振动中的地应力卸载振动,验证上述数值模拟结果。

高压深井试气期间裸眼井壁稳定性分析

高压深气井裸眼试气期间,由于井内液柱压力较低,不能很好地支撑井壁,裸眼段可能发生井壁坍塌。在非均匀构造应力作用下井壁周围地应力分布的基础上,考虑井壁周围地层温度变化引起的热应力场和高压流体渗流引起的渗流应力场,并结合Mohr-Coulomb准则,可以确定防止高压深井试气期间井壁坍塌的井内当量流压,依此指导垫液、压井液的密度和高度,可确保测试工作顺利进行。