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三维地应力作用下油井结构有限元分析

作　者: 周斌
导　师: 孟庆元
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 套损水泥环数值仿真有限元
分类号: O344.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文利用ANSYS有限元程序建立套管—水泥环—地层三维组合结构的仿真分析模型,模拟多种力学因素对套管承载能力的影响,指出通过水泥环提高套管抗损毁能力的途径,为固井设计提供有价值的参考。模型中建立两层岩层的结合面,分析岩层交界处因材料性质突变造成的界面效应对套管—水泥环应力分布的影响。在井壁围岩与水泥环的交界处,构造了接触单元,模拟水泥环与井壁围岩之间的滑移。处理混凝土的问题时,本文用SOLID65单元结合W-W破坏准则为水泥环建模,研究水泥环出现局部碎裂后套管的受力问题。另外,按照传统套损分析的思路,从几何结构、材料性能、地应力状态三个角度分析了套管—水泥环组合结构的承载能力,并给出优化建议。最后,编写了基于ANSYS的APDL语言的参数化分析程序和后处理程序,方便工程应用。本文的主要内容如下:1.建立参数化仿真分析模型,将分析过程中出现的材料常数,接触状态,几何形状和尺寸,地应力大小等全部作为参数引入模型中,当模型发生变化时,只需改变相关参数即可对应的新的分析模型。在建模过程中,解决了几何建模方案和网格划分问题对求解速度、精度和稳定性的影响,获得了一种良好的模型方案,使分析模型在材料力学参数和模型几何参数发生很大变化时,仍然能够成功的处理分析过程中出现的材料非线性、接触非线性和几何非线性问题。2.利用有限元分析模型,按照套损分析的思路,研究了围岩突变、井壁形状和尺寸等几何因素对套管—泥环三维结构承载能力的影响;分析水泥环—围岩的接触、混凝土材料的非线性等物理因素对套管应力分布的作用;探讨非均匀地应力等地质因素与套管—水泥环组合结构承载性能的关系。在对每一种套损因素进行分析时,都采集多个数据点进行计算,获得了大量数据进行分析比较。为了便于数据处理,还编写了数据采集程序,便于利用其他软件处理ANSYS计算获得的数据。3.结合仿真分析的结论,给出固井水泥环优化设计建议;编写包含前后处理过程的整套参数化分析程序,用于工程应用。

三维地应力作用下油井结构有限元分析

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