基于弹塑性井周的井筒-射孔地层破裂压力预测模型

深部“高地应力、高温度、高地层压力”的赋存条件,使储层呈现脆性-延性-应变硬化的塑性特征。针对深部塑性储层的水力压裂改造,存在人工裂缝起裂、延伸压力高的挑战。本文通过开展实时高温高围压的储层岩石三轴压缩实验,明确了储层岩石的塑性破坏特征。建立了深部储层岩石的塑性硬化本构模型,推导了井周的弹塑性应力场分布。结合断裂力学理论,建立了考虑井周塑性区的射孔尖端应力强度因子计算模型,并提出相应的迭代求解方法。采用模型预测室内实验与新疆某油田实际条件下的水力压裂裂缝起裂压力,模型预测结果与实测结果对比表明,考虑弹塑性井周应力场的破裂压力预测值比实际压裂预测值高,储层塑性特征不利于水力裂缝的起裂。模型预测值与油田实测结果的误差为6.6%,验证了模型的可靠性。考虑弹塑性井周的破裂压力预测模型可保证压裂设计的安全性,为深部储层的压裂方案设计提供有效指导。

两向不等压圆形孔口压缩与扩张问题的塑性区半径统一解

【目的】在地下工程中,隧道或水平定向钻井过程中的最大泥浆压力分析等所处真实应力场常为远处两向不等压应力场。为了求解两向不等压应力场下圆形孔口压缩和扩张问题的统一解析解,【方法】基于统一强度理论和弹脆塑性模型,借鉴鲁宾涅特解的求解方法,推导了两向不等压圆形孔口压缩和扩张问题的塑性区半径统一解,并与复变函数解、摄动解进行了对比,最后分析了各因素对塑性区半径的影响以及在实际工程中的应用。【结果】结果显示:当两向为不等压应力场时,弹塑性交界线均呈现类椭圆形状,对于压缩问题,类椭圆长轴方向与两向不等压应力场较小值处一致,并且弹塑性交界线在极角0°~90°范围内分成两段,在极角0°~30°范围内,弹塑性交界线随两向不等压应力场的应力比增加水平向左移动,在30°~90°范围内,弹塑性交界线随两向不等压应力场的应力比增加竖直向上移动,而对于扩张问题则相反;对于压缩问题,支护力、中间主应力、残余黏聚力和残余内摩擦角对塑性区半径影响显著,而对于扩张问题,扩孔压力、中间主应力、残余内摩擦角对塑性区半径影响显著,残余黏聚力对塑性区半径几乎无影响。【结论】在实际工程分析中,应充分考虑两向不等压应力场、中间主应力和弹脆塑性模型的影响,并且采用弹脆塑性模型比理想弹塑性模型计算的塑性区半径大,更适合岩土类材料弹塑性分析。

压力敏感性弹塑性材料平面应力条件下起始扩展裂纹尖端的渐近场

采用一个能描述材料压力敏感性和SD效应的抛物型屈服准则,运用正交流动法则给出了材料的本构方程。在平面应力条件下,得出了裂纹尖端弹塑性应力场的基本解。在不同受力状态下(表现在采用不同的塑性混合因子),给出裂纹尖端应力场解的构造。讨论了材料参数对裂纹尖端应力场分布的影响。在自相似假设下讨论了应变的奇异性。结果表明,对于纯I型裂纹,在较低的拉伸应力作用下裂纹即开始起裂,而对于纯Ⅱ型裂纹,SD效应增强了材料的抗剪性能。

挤进过程中杆式弹材料的动应力响应

应用ＡＤＩＮＡ自动动态增量非线性分析有限元程序，计算分析了１２５ｍｍ尾翼稳定杆式穿甲弹在挤进过程中弹带及弹托材料的动态弹塑性应力场，确定了弹丸上弹带区的径向应力、轴向应力、环向应力、第四强度等效应力场分布规律、运动、变形和所存在的高应力区域及危险区域，并就运动参量与实验结果作了比较。为１２５ｍｍ杆式弹弹带、弹托及弹芯的优化设计提供了依据。

发射初期弹带材料对弹带及弹托中应力的影响

应用“自动动态增量非线性分析”程序，计算了某高初速杆式穿甲弹在发射初期，当弹带为尼龙、铜质等不同材料时，弹内动态应力和弹带压力变化情况；并就尼龙弹带前倾角的变化对应力分布的影响作了计算分析，确定了尼龙弹带在给定尺寸情况下的弹带压力分布、弹带变形情况等，最后就几种情况作了较详细的分析探讨。

超长混凝土地下结构组合应力弹塑性时程分析

超长混凝土地下结构普遍不设结构缝,通常采用下列抗裂措施:验算控制截面最大裂缝宽度(仅考虑重力荷载效应),预留温度后浇带降低成型收缩拉应力,用构造配筋与加强混凝土养护控制温度裂缝。研究表明,这些常规抗裂措施的综合效果难以定量判断,存在较大不确定性,不能保证此类结构的抗裂性能可满足抗渗漏、耐久性与正常使用要求。针对此问题,结合某新建工程,模拟其超长混凝土地下结构浇筑成型步骤、先后浇筑混凝土之间变形差约束作用、各部位构件实际内力增加过程,考虑混凝土弹性模量与收缩变形规律、环境最大可能降温、后浇带构造的影响,不考虑混凝土初始缺陷与后期裂缝的影响,用MIDAS软件进行了组合应力弹塑性时程分析,以预测结构实际抗裂性能,所述计算方法与结果可供同类结构设计与施工参考。

超长混凝土结构抗裂设计研究

超长混凝土结构产生拉应力的因素相对较多,使控制部位组合拉应力随之增大,不易按常规控制其出现宽度超限裂缝,目前设计与施工基本仅凭经验选用温度后浇带、膨胀加强带、混凝土膨胀剂等为主要抗裂措施。结合现有研究成果,从多角度对此进行了深入分析研究,得到以下结论:超长混凝土结构的抗裂验算应合理组合非重力荷载效应;各项抗裂措施的预期综合效果应经验算确认可行;抗裂控制标准宜基于《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)相应下限值分不同部位适当提高,且不应因结构设有外防水层而降低。此外,研究还提出了相关技术建议与补充措施。