复杂地层井筒套管破坏的有限元分析

论文摘要

复杂地层——构成空间套管周围地应力场的力学系统,由地层错动、地层倾角、地层断距及落差、地质构造运动、构造应力、岩石粘弹塑性流动、岩石蠕变、岩石遇水膨胀及上覆岩层重力等所产生的空间三维力学系统称为空间复杂力学系统。该力学系统使套管破坏井段的地层称为“复杂力学系统地层”,将其简称为“复杂地层”。在复杂地层的环境下,利用ADINA软件的Parasolid建模方法建立有限元模型,并对水泥环和套管在该环境下的破坏进行了数值模拟分析。在ADINA三维有限元建模过程中,运用布尔操作实现管道与土体之间的几何融合。在建模时,管道和土体模型都用Parasolid的方法建立,通过坐标确保它们之间的相对位置,以保证网格之间的协调。在结构模型的建立中定义管道材料为双线性材料,地层通过考虑在模型中不同的位置和影响情况,分别赋予砂岩、泥岩、强风化岩等几种岩石材料,荷载分别考虑静荷载、动荷载,其中静载荷包括重力,动荷载包括地震力以及由地震所引起的断层位移和地层的蠕动等。通过套管破坏所受到的复杂荷载以及它所处的场地条件,模拟套管所受的地质应力和场地建立数值模型,对套管的破坏作出分析。经过对套管的材料、水泥环的水泥、地震的震级以及场地蠕动的等参数影响情况分析之后得出结论:通过一味的提高套管的材料性质去减小套管的变形不可取,套管外层的水泥环应该选取自应力水泥,它能有效的减小套管的应力和应变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 概述
• 1.1.1 国内外研究现状
• 1.1.2 套管损坏原因分析
• 1.2 埋地管线理论
• 1.2.1 埋地管线理论模型
• 1.2.2 有限元方法
• 1.3 主要研究的内容
• 2 管道破坏的影响因素及计算方法
• 2.1 套管自身的影响
• 2.1.1 管道埋深
• 2.1.2 管道材料
• 2.2 其他的影响
• 2.2.1 地质条件、敷设方式及地震烈度对管道破坏的影响
• 2.3 对断裂理论的认识
• 2.3.1 小范围屈服与大范围屈服的判别
• 2.3.2 小范围屈服的判据
• 2.3.3 大范围屈服问题的处理
• 2.4 对生、死单元的认识
• 2.5 强度等效计算
• 2.6 建模的基本步骤
• 3 套管计算模型建立
• 3.1 几何模型的建立
• 3.1.1 施加约束
• 3.1.2 施加荷载
• 3.1.3 定义材料
• 3.1.4 设定单元组，化分网格
• 3.1.5 求解控制设定
• 3.1.6 运行求解
• 3.1.7 结果输出
• 3.2 运行时可能出现的问题及解决办法
• 3.3 结果分析
• 4 模型中各个参数影响分析
• 4.1 套管材料对套管变形影响分析
• 4.1.1 套管材料的影响
• 4.1.2 水泥环的影响
• 4.1.3 地震的影响
• 4.1.4 地层蠕动的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集