三維地應力作用下油井結構有限元分析.pdf

1、本文利用ANSYS有限元程序建立套管—水泥環(huán)—地層三維組合結構的仿真分析模型，模擬多種力學因素對套管承載能力的影響，指出通過水泥環(huán)提高套管抗損毀能力的途徑，為固井設計提供有價值的參考。模型中建立兩層巖層的結合面，分析巖層交界處因材料性質突變造成的界面效應對套管—水泥環(huán)應力分布的影響。在井壁圍巖與水泥環(huán)的交界處，構造了接觸單元，模擬水泥環(huán)與井壁圍巖之間的滑移。處理混凝土的問題時，本文用SOLID65單元結合W-W破壞準則為水泥環(huán)建模，研究

2、水泥環(huán)出現(xiàn)局部碎裂后套管的受力問題。另外，按照傳統(tǒng)套損分析的思路，從幾何結構、材料性能、地應力狀態(tài)三個角度分析了套管—水泥環(huán)組合結構的承載能力，并給出優(yōu)化建議。最后，編寫了基于ANSYS的APDL語言的參數(shù)化分析程序和后處理程序，方便工程應用。本文的主要內容如下：
　　1.建立參數(shù)化仿真分析模型，將分析過程中出現(xiàn)的材料常數(shù)，接觸狀態(tài)，幾何形狀和尺寸，地應力大小等全部作為參數(shù)引入模型中，當模型發(fā)生變化時，只需改變相關參數(shù)即可對應的新

3、的分析模型。在建模過程中，解決了幾何建模方案和網格劃分問題對求解速度、精度和穩(wěn)定性的影響，獲得了一種良好的模型方案，使分析模型在材料力學參數(shù)和模型幾何參數(shù)發(fā)生很大變化時，仍然能夠成功的處理分析過程中出現(xiàn)的材料非線性、接觸非線性和幾何非線性問題。
　　2.利用有限元分析模型，按照套損分析的思路，研究了圍巖突變、井壁形狀和尺寸等幾何因素對套管—泥環(huán)三維結構承載能力的影響；分析水泥環(huán)—圍巖的接觸、混凝土材料的非線性等物理因素對套管應力分