流固耦合作用下注水井井壁稳定性研究

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渗流耦合作用下的输水隧洞稳定性数值研究

渗流耦合作用下的输水隧洞稳定性数值研究
(b)砂岩层
(c)石英砂岩层
(d)泥质粉砂岩层
目前 TBM 掘进法由于其施工快、安全性高、 对周围环境影响小等优点逐渐成为常见的隧洞施 工技术[1,2]。隧洞施工和运行中渗流问题一直是研 究 的 热 点 。 李 毅 等 [3] 人 采 用 有 限 差 分 法 对 某 边 坡 的 渗 流 进 行 研 究 。 Verrujit[4] 建 立 了 多 孔 介 质 下 的 渗 流 和 连 续 介 质 的 耦 合 模 型 。 罗 晓 辉 [5] 使 用 有 限 单元法对基坑开挖问题的渗流场和应力场进行的 数值研究。陈卫忠等[6]人对万家寨引黄工程中围岩 和 衬 砌 结 构 中 的 渗 流 问 题 进 行 研 究 。 夏 炜 洋 等 [7] 人对重庆隧洞施工内渗流场和应力场进行了耦合 研究。Graziani 等人[8]采用耦合分析的方法对深埋 隧洞内位移和应力随渗流的变化情况进行了研究。
石英砂岩
2 530
3.0×1092.1
0.29
5.99×10-8
泥质粉砂岩 2 490
2.1×109
0.34
3.45×10-8
片麻岩
2 630
3.9×109
0.28
8.1×10-8
混凝土管片 2 500
3.5×1010
0.17
· 48 ·
2020 年第 3 期
东北水利水电
水利科研
使 用 VisualGeo 系 统 ,结 合 NURBS- TIN-
面方向为 Z 轴方向。根据研究的侧重点不同设置
不同的网格密度,隧洞周围岩体的网格尺寸大小
为 4 m,砾石混凝土的网格尺寸为 0.1 m,管片接缝
处的密度为 5 mm。
在渗流模型基础上进行输水隧洞模型的耦合,

井壁稳定性问题的研究与进展

井壁稳定性问题的研究与进展

井壁稳定性问题的研究与进展作者:姜春丽来源:《科学与财富》2016年第07期摘要:本文从三个方面分别阐述了国内外关于井壁稳定的研究与进展。

从二十世纪中叶开始关于井壁稳定机理的研究经历了试验摸索到定量描述的阶段。

与此同时井壁模拟实验装置也在各种研究的需求下诞生并一路发展。

先进的钻井液技术,新型处理剂钻井液体系的应用也大大提高了井壁稳定性能,减少了井下复杂情况的发生。

关键词:井壁稳定;泥页岩;钻井液石油钻井过程中所遇到的井壁失稳大致可分为破碎体失稳、塑性体失稳和泥页岩失稳,其中泥页岩失稳就占90%以上[1-2]。

在油气勘探开发前,地层泥页岩处于力学、物理、化学、流体力学的各种平衡状态,在油气勘探开发过程中,原有物理化学条件发生改变,各种平衡状态被破坏,系统逐渐向另一种平衡状态过渡,加之泥页岩本身的脆弱及其极强的物理化学敏感性,因而经常给油气勘探开发带来各种问题。

一、井壁稳定性机理研究进展井壁稳定性问题的研究,早在二十世纪中叶就己经开始[3]。

从研究思路来说,可以归结到以下三大类:井壁稳定的力学研究;泥页岩稳定的化学因素研究;泥页岩稳定的力学与化学耦合研究。

从国内外在这方面研究的发展过程来看,可以将泥页岩水化力学与化学耦合研究分为两个阶段:七十年代初到九十年代初的实验摸索阶段;九十年代以后的对化学影响定量描述的阶段。

1970年,M.E.chenevert[4]开始研究页岩吸水以后力学性质的变化;通过实验观察了页岩密度、屈服强度、吸水膨胀与吸水量之间的关系,并测量了页岩吸附水量与时间和距离的关系。

1989年,C.H.Yew和M.EChenevert在定量化研究中迈出了第一步[5]。

他们首先假设泥页岩为渗透各向同性的基础上,再结合质量守恒方程,得到柱坐标内的吸水量方程。

再将泥页岩的力学性质与其总含水量(总吸附水量)相关联,然后又将水化膨胀应变与总含水量W相关联,便可求得力学与化学耦合后的应力、应变及位移。

深水钻井天然气水合物地层井壁稳定流固耦合数值模拟

深水钻井天然气水合物地层井壁稳定流固耦合数值模拟

深水钻井天然气水合物地层井壁稳定流固耦合数值模拟
李令东;程远方;周建良;李清平
【期刊名称】《中国海上油气》
【年(卷),期】2012(024)005
【摘要】考虑钻井液与地层的热交换和水合物的分解,建立了水合物地层井壁稳定流固耦合数学模型,并开发了有限元程序.实例分析了钻井液压力和温度、原始地层水合物饱和度及施工作业时间等因素对水合物地层井壁稳定的影响,结果表明:随着钻井液温度、施工作业时间的增加,井眼周围地层水合物分解区域、地层最大屈服区域增大,不利于井壁稳定;随着钻井液压力、原始地层水合物饱和度增加,井眼周围地层水合物分解区域、地层最大屈服区域减小,有利于井壁稳定,因此深水钻井中应选择造壁性能好的低温钻井液并适当增加液柱压力.
【总页数】7页(P40-45,49)
【作者】李令东;程远方;周建良;李清平
【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油大学(华东)石油工程学院;中海油研究总院;中海油研究总院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.影响含天然气水合物地层井壁稳定的关键因素分析 [J], 宁伏龙;蒋国盛;张凌;吴翔;窦斌;涂运中
2.温度影响天然气水合物地层井壁稳定的有限元模拟 [J], 李令东;程远方;梅伟;李清平;高立超
3.天然气水合物分解对地层和管道稳定性影响的数值模拟 [J], 王淑云;王丽;鲁晓兵;李清平
4.海洋天然气水合物降压开采地层井壁力学稳定性分析 [J], 袁益龙; 许天福; 辛欣; 夏盈莉; 李冰
5.深水钻井钻遇水合物地层井壁稳定性研究 [J], 庞照宇;张会增;程远方;李阳
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气田高压注水过程中井身应力分布特征的流-固耦合分析

气田高压注水过程中井身应力分布特征的流-固耦合分析

孔 的应力 集 中分析 , 弹塑 性 材 料 壳体 上 开 多 孔 的应 力集 中分 析是 十分 复 杂 的 力 学 问题 , 目前 国 内外 研
究较 少 。
1 地层- 水泥环- 套管系统物理模型
对 拟 分析 的 注 水 井 的 套 管 射孑 L 段建立地层. 水
些油气田, 套 管毁 损 的注 水 井 占总套 管 毁 损 井 的
度, 对模型施加不 同的边界应力 J 。应力边界条件
为, 模型上部施加垂直地应 力 , 水平方 向施 加水平
最 大 和最小 地 应 力 , 井 眼 内 部施 加 注 水 压 力 , 岩 石 内部 施 / J u f ; L 隙 压 力 。位 移 边 界 条 件 为 模 型底 部 和
侧面施加法向位移约束 , 整个模型保证不产生刚性
应力 边界 条件 根 据 原 始 地应 力 资 料 , 通 过 改 变
模 型的 温度 、 材料密度 、 力学参数 、 边界位移条件 ,
渗流场存在流固耦合作用 , 是不可忽略的 . 4 ; ② 套 管可以视为圆柱壳体 , 但射孔造成很复杂的应力集
中问题 , 国 内外 大部 分 研 究 都 是 基 于 弹 性 范 围 内单





工程 Βιβλιοθήκη 1 3卷 件, 联 立上述 方 程 就 可 以 得 到 所 求 应 力 场 , 以 上 求
解 通 常需要借 助泛 函变 分法得 到近 似解 。 2 . 3 渗流场 数学模 型
为 了研 究 射 孔 段 地层 、 水泥环 、 套 管 作 为 一 个 整体 系统 在 注 水 压 力 变 化 的情 况 下 其 各 部 分 应 力 分 布特 征 , 假 定 岩 石 为 多 孔介 质 , 孔 隙 间充 满 单 相 不可压 缩饱 和流 体 , 整个渗流过程符合 达西定律 ,

《2024年低渗透储层流固耦合渗流理论及应用研究》范文

《2024年低渗透储层流固耦合渗流理论及应用研究》范文

《低渗透储层流固耦合渗流理论及应用研究》篇一一、引言低渗透储层是指孔隙结构小、渗流性较差的地下油气藏,在开采和利用中,低渗透储层的开发成为世界油气开发研究的热点。

由于低渗透储层具有复杂的物理性质和复杂的渗流机制,传统的渗流理论已经无法满足其开发需求。

因此,本文将重点研究低渗透储层的流固耦合渗流理论及其应用。

二、低渗透储层流固耦合渗流理论1. 理论基础低渗透储层的流固耦合渗流理论主要包括渗流力学、岩土力学、多孔介质理论等基础理论。

在低渗透储层中,由于孔隙结构小,流体在其中的流动受到固体骨架的强烈影响,因此需要综合考虑流体和固体骨架的相互作用。

2. 理论模型基于上述理论基础,建立低渗透储层的流固耦合渗流模型。

该模型应考虑多孔介质的非均质性、各向异性、复杂边界条件等因素。

同时,还需要考虑流体在多孔介质中的流动规律,包括层流、湍流等不同流动状态下的流体流动规律。

三、低渗透储层流固耦合渗流理论的应用研究1. 采收率提升低渗透储层流固耦合渗流理论的应用可以有效提高采收率。

通过该理论的分析和模拟,可以更好地理解流体在多孔介质中的流动规律,优化采收方案,提高采收率。

同时,该理论还可以为储层改造提供理论支持,如采用注气、注水等方式改善储层的渗流性能。

2. 储层保护在低渗透储层的开发过程中,需要充分考虑储层的保护问题。

该理论的应用可以更好地了解储层的物理性质和渗流机制,避免过度开采和破坏储层结构,保护储层资源。

3. 钻井工程优化钻井工程是低渗透储层开发的重要环节。

通过应用低渗透储层流固耦合渗流理论,可以更好地了解井壁的稳定性、井眼轨迹等问题,优化钻井工程方案,提高钻井效率和安全性。

四、结论低渗透储层流固耦合渗流理论是低渗透储层开发的重要理论依据。

通过研究该理论,可以更好地理解低渗透储层的物理性质和渗流机制,为低渗透储层的开发和利用提供有力的支持。

在未来的研究和应用中,需要进一步深入研究和探索该理论的适用性和局限性,为低渗透储层的开发提供更加准确的理论依据和技术支持。

水中填筑围堰边坡稳定的流—固耦合分析

水中填筑围堰边坡稳定的流—固耦合分析

水中填筑围堰边坡稳定的流—固耦合分析通过对流-固耦合的特征和渗透边界的分析,研究了在水中填筑围堰边坡时会受到的影响和应该注意的问题,重点研究了在使用流-固耦合时的特征时间和边界确定,这两个方面的精确度直接影响了最终的计算结果。

标签:围堰;流-固耦合分析;边坡稳定渗流是广泛存在于各大水利工程中的常见问题,渗漏会造成很多严重的后果,甚至是威胁到整个堤坝的安全和稳定,现在大多数的研究都将目光集中在被水浸泡的部位,这些部位在长期的浸泡中变成软土,不具有强大的支撑力。

这些研究虽然取得了不少的成果,但是在实际应用中仍旧没有很好的效果,主要原因是是因为忽视了水渗透的特性和边界,导致整个堤坝的稳定性都受到了影响。

一、水对边坡的作用想要真正的处理好渗透问题就必须要正确的认识到水对边坡的影响和作用。

水是水利工程中最主要的主体,它的特性影响了整个工程的建设,水作为一种流动的液体,具有很多固体所没有的特点,也对堤坝岩土主体造成了不小的影响,长时间的积累会让岩土体的工作效果大大折扣。

其中,水对边坡的作用主要表现在以下几点上:(一)减少岩石的有效重量岩石的有效重量是指岩石在建设中的受到地心引力对水产生的压力作用,起到了稳固堤坝的作用。

而水作为一种流动液体,可以变成细小的分子渗透在岩石的各个孔隙之中,在渗透的过程中会产生浮力效应,将岩石受到的重力减小,这样就让边坡整体的抗滑力下降,造成整个边坡失稳。

(二)降低岩石的强度水中含有很多的化学物质和矿物质,这些物质在水的渗透过程中会和岩石内部的物质发生反应,改变岩石的内部结构,降低岩石整体上的强度。

岩土主体的强度下降会对整体的稳定性造成一定程度的影响。

(三)对岩石具有较大的冲击力水在运动的过程中会对岩石产生较大的冲击力,日积月累之后会造成岩石的变形或蚀变,造成岩石的不稳定,当遇到比较的降雨或者冲刷时会在巨大压力的作用下发生崩塌,造成大型的滑坡事故。

二、流-固耦合分析研究随着科学技术和计算机的发展,对边坡稳定性的计算也越来越精确和实用,尤其是在上世界70年代出现的有限元法等理论,给各种复杂渗透问题的计算提供了便利。

井壁稳定性解析

井壁稳定性解析

70 60 50 40 30 20 10
0
90
180
270
360
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
90
180
270
360
井周地层应力状态
R2P(Hh)(1R2)(Hh)(13R4)co2s
r2
2
r2
2
r4
[2((11 2 ))(1R r22)]P (Pp)
hmin
A
A
z v [ 2 (H h ) c2 o ] [ s ( 1 1 2 ) ]P (P p )
直井井眼周围地层应力状态
直井井眼周围应力分布的特点是什么?
m a P x 3 H h [( 1 1 2 ) ]P ( P p ) m i n P 3 h H [( 1 1 2 ) ]P ( P p )
地应力
给定的泥浆密度
井周应力应变
本构模型
提高泥浆密度
失稳
破坏准则 稳定
结束
以孔隙弹塑性力学为根底的均质地层井壁稳定性分析理 论和计算方法根本成熟
平安压力〔密度〕窗口:ΔP
P破> P泥 > P地
(P地> P坍)
P破> P泥> P坍
(P坍> P地 )
ΔP—平安压力窗口
钻井合理泥浆密度确实定
➢ ΔP愈大,那么钻井愈易 ➢ ΔP愈小,那么钻井愈难
钻井合理泥浆密度确实定
➢ 假设ΔP =P破- P地 〔 P地> P坍〕 那么较易
➢ 假设ΔP =P破- P坍 〔 P坍> P地〕 那么较难
3R4 (1 r4
2R2 r2 )sin2
直井井眼周围地层应力状态
钻井液渗流效应
r

流固耦合问题及研究进展

流固耦合问题及研究进展

第5卷 第1期1999年3月地质力学学报JOU RNAL O F GEOM ECHAN I CS V o l .5 N o.1M ar.1999 文章编号:100626616(1999)0120017226收稿日期:1998205212基金项目:油气藏地质与开发工程国家重点实验室开放研究基金项目(PLN 9702)作者简介:董平川(19672),男,1998年在东北大学获博士学位,讲师。

现为石油大学油气开发工程在站博士后,从事储集层流固耦合理论、有限元数值模拟及其应用研究。

流固耦合问题及研究进展董平川1,徐小荷2,何顺利11石油大学,北京 昌平 102200;2东北大学,辽宁 沈阳 1100061摘 要:传统的渗流理论一般假设流体流动的多孔介质骨架是完全刚性的,即在孔隙流体压力变化过程中,固体骨架不产生任何弹性或塑性变形,这时可将渗流作为非耦合问题来研究。

这种简化虽然可以得到问题的近似解,但存在许多缺陷,而且也不切合生产实际。

比如:在油田开采过程中,孔隙流体压力会逐渐降低,将导致储层内有效应力的变化,使储层产生变形。

近年来,流固耦合问题越来越受到人们的重视,这方面的研究涉及许多领域。

该文介绍了有关工程涉及到的流固耦合问题,重点针对油、气开采问题,介绍了储层流固耦合渗流的特点及研究方法和理论进展,包括单相、多相流体渗流的流固耦合数学模型及有限元数值模型。

关键词:流2固耦合;理论模型;研究进展;工程应用分类号:T E 312 文献标识码:A0 引 言天然岩石不只固相介质一种,尚有固相、液相和气相并存的多孔介质组合。

岩石孔隙中的流体流动问题,经典渗流力学已进行了广泛研究,但它没有考虑流体流动和岩石变形之间的相互作用,而在油气开采、地下水抽放等过程中,由于孔隙流体压力的变化,一方面要引起岩石骨架应力变化,由此导致岩石特性变化;另一方面,这些变化又反过来影响孔隙流体的流动和压力的分布。

因此,在许多情况下必须考虑流体,包括液体(油或水)、气体(天然气、煤矿瓦斯等)在多孔介质中的流动规律及其对岩体本身的变形或强度造成的影响,即应考虑岩体内应力场与渗流场之间的相互耦合作用。

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wae jcin B sdo o v ninl lt q ain c nieigteme im emeblyc a g t ru ds es tep p r trnet . ae nc n e t a B o ut , o s r du p r a it h n ewi go n t s,h a e i o o e o d n h i h r d vlp o l er o pigma e t a mo e fr udsea eadsl l t ・lscd fr t nd r gi et npo u t n eeo s n ni a c u l t ma cl d lo i ep g n oi e s c at eomai ui jc o rd c o a n n h i f l d a i- i p o n n i - i
套 管损 坏 等提 供 了依 据 。
关键词 : 固耦合 ; 流 注采压差 ; 数值模拟 ; 井壁稳定 ; 套管损坏
中 图分 类 号 :T 3 76 E 5. 文 献标 识 码 :A
B r h l sa it u yo tr n t nwel i ud sl o pig o e oe tblys d f e jci l f i—oi c u l i t wa i e o s nl d n
poesT e d ls ovdwi lcu ldf i l n to .na dt n tru hn mei l i l infrnet gpo es rcs. h e isle t f l ope nt e me t h d I d io ,ho g u r a s a o jci rcs mo hu— i e e me i c mu t o i n
s e sc n e t t n n a eb r h l . h sp p rs d e h c a ia c a im f a i g d ma e i u d s l o p i g d rn t s o c n r i e rt o e o e T i a e t ist eme h n c l r ao h u me h n s o s a g f i —o i c u l u ig c n nl d n
第3 0卷 第 6期
20 0 8年 1 2月
石 油 钻 采 工 艺
0I L DRI LI L NG & PR0DUCTI ON TECHNOLOGY
Vo . 0 1 3 No 6 .
De c.2 8 00
文章 编 号 : 0 0 3 3( 0 8) 6—0 8 —0 1 0 —7 9 2 0 0 03 5

流 固 耦 合 作 用 下 注 水 井 井 壁 稳 定 性 研 究
黄 小兰。 刘 杨 何 翔 ‘ 建军 , 春和
(. 1武汉工业学 院多孔介质 力学研 究所 , 湖北 武汉 4 0 2 ; . 3 0 3 2 重庆大学资源及环境学院 , 重庆 3 中国科 学院渗 流流体力学研 究所 , . 河北廊坊 0 5 0 ) 6 0 7 404 ; 0 0 4
水井注水 开发过程 的数 值模拟 , 分析 了注水 对储 层孔 隙压 力、 井壁 围岩应 力场和 变形场 的影 并对比 了不 同注采情况下储层 向,
孔隙压力和井壁应力随时间的变化关 系。研 究表 明, 油藏注水 开采过程 中, 油藏流 固耦合作 用对地层特 别是井壁 附近 围岩的应
力和变形影响很 大。 究结果为合 理建立油藏注水开发的流 固耦合计算模型 , 理控 制注采压差 , 防和 减少该地 区地层变形、 研 合 预
摘要 : 注水开发 油田在 生产过 程 中, 流场会 对油藏地应 力场产生影响 , 井壁 附近产 生应 力集 中。研 究 了注水过程 中流 渗 在
固耦合作 用下套 管损坏 的力学机理 , 传统的 B o 方程 的基础上 , 在 it 考虑介 质渗透性能 随应 力的变化 , 建立 了注采过程 中流体渗 流与 固体 弹塑性 变形的非线性耦合数 学模 型 , 采用全耦合 的有 限元法对所 建立的模 型进行 求解。通过对 大庆油田南二 区某 注
H A G i1 L au , N uh,E ig U N aa ,IJnn Y G hn a X 0n Uij A C eH X n
( Isi t o oo sMe c a i , h nP lt h i U i ri , hn4 0 2 , hn ; . olg eore n 1 ntue fP ru SaMeh nc Wu a o e nc nv st Wua 3 0 3 C ia 2 C l eo s ucsadEni n n, h n qn t s yc e y e fR v o me tC o g ig r Unvri , h n qn 0 0 4 C ia 3 Is tto Poos o n li ca i , hns a e yo cecsL nfn 6 0 7 C ia i sy C o g ig4 04 , hn ; .ntue f ru wa dFudMeh nc C iee dm e t i Fl s Ac fS i e, a ga g0 5 0 , hn ) n
Ab tat D r gtepo ut npo eso ae jcinoled i—i rs edi if e cdb e aef l,edn src: ui rd c o rcs f trnet i l,nsus es l l n e ys p g e l igt n h i w i o i f t t f i sn u e i d a o
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