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应用断裂力学理论建立油气井压裂时岩石破裂压力计算模型

水力压裂作为油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施,在油气资源勘探、开发和开采中起着日益重要的作用.半个世纪来的压裂实践与压裂研究使压裂工艺技术有了很大的发展,但对地层岩石的破裂机理和破裂压力的研究尚处于探索阶段.其中地层破裂压力是压裂设计和施工工艺的一项重要技术参数,从确定施工规模、正确选择压裂设备到预测施工效果都要涉及到破裂压力.此外,地层破裂压力也是地层检测的一个重要组成部分.对于钻井来说,准确地掌握地层破裂压力,可以预防漏、塌、喷、卡事故的发生,同时也是制定泥浆方案和设计套管程序,确定套管下深的重要依据.因此从理论上探讨压裂机理、正确确定地层破裂压力是十分重要的.1 油气井压裂时地层岩石断裂应力强度因子的建立  假定产层的井眼周围对称分布着两条单翼的微裂缝,单边裂缝长为a,如图1所示.在水力压裂施工中,压开的裂缝大多数属于 型裂缝,即张开型裂缝.文献[1]用复应力函数法推得该情形下的应力强度因子表达式为KI,σ=σy....  (本文共6页) 阅读全文>>

《钻采工艺》2004年06期
钻采工艺

油气井压裂时地层岩石新的破裂压力计算模型的建立

水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施。地层破裂压力是压裂设计和施工工艺的一项重要技术参数,也是地层检测的一个重要组成部分。因此从理论上探讨压裂机理、正确确定地层破裂压力是十分重要的。油气井压裂时地层岩石断裂应力强度因子的建立  假定产层的井眼周围对称分布着两条单翼的微裂缝,单边裂缝长为a,如图1所示。在水力压裂施工中,压开的裂缝主要是属于I型裂缝,即张开型裂缝。文献[1]用复应力函数法,推得该情形下的应力强度因子表达式为:KI,σ=σy·πafB(aRW)(1)式中:fB(aRW)为井眼影响系数。AFGRANDJr在文献[2]中,给出了井眼影响系数的具体表达式及常数值。从式(1)可看出x方向的载荷σx对应力强度因子没有贡献(这是很显然的,因为σx平行于裂纹面,对于x方向的裂纹前沿应力场没有实质影响)。当井眼半径与裂纹长度相比小得多时(Rwa),便可把井眼看成是裂纹的一部分。工程应用中,可采用下裂近似方法求应力强度因...  (本文共5页) 阅读全文>>

《应用力学学报》1950年10期
应用力学学报

表面钝裂纹的计算模型及其边界元法模拟

表面钝裂纹的计算模型及其边界元法模拟张永元,阮国华(上海交通大学上海200030)摘要研究了表面钝裂纹问题的边界元模拟方法·文中通过平面应变比拟,建立了三维钝裂纹的计算模型和局部场结构;并由三维边界元程序计算了表面钝裂纹前沿附近的位移场和应力场;进而利用裂纹面前沿的“张开位移”推算应力强度因子的分布。文中对钝裂纹模型的有效性和离散格式的收敛性进行了考核,应力强度因子计算针对含表面裂纹的平板进行。计算结果表明:当ρ/α≤0.1时,此钝裂纹模型是有效的;当ρ/α≤0.3时,钝裂纹模型和理想尖裂纹模型趋于等效;而当ρ/α>0.1时,钝裂纹模型将不再适用,此时应借助于经典的三维切口应力集中模型。关键词:表面钝裂纹;三维钝裂纹;边界元法;应力强度因子;应力集中因子ACalculationModelAndBoundaryElementMethodSimulationforSurfaceBluntCracks¥ZhangYongyuan;Ru...  (本文共10页) 阅读全文>>

《船舶力学》2005年05期
船舶力学

有效应力强度因子幅值计算模型的验证

1引言自从Elber提出疲劳裂纹闭合概念后,人们发现裂纹闭合效应在金属疲劳破坏中有着十分重要的作用,裂纹闭合概念开始用来解释变幅载荷下的裂纹扩展问题。目前已经提出了多个基于裂纹闭合概念的有效应力强度因子计算式[1-10],黄小平等人[11]对裂纹的闭合行为进行了研究,在Newm an模型的基础上,提出了一种和结构厚度、材料强度等参数有关的裂纹尖端应力/应变约束系数方程,使得有效应力强度因子的计算更明确。本文首先利用从文献上收集的裂纹张开比试验数据和此模型的预测结果进行比较,发现该模型的预测结果与试验数据吻合很好。而后根据U、!K、!K eff、da/dN之间的关系,将一系列不同材料、不同的应力比下的疲劳裂纹扩展速率da/dN-!K实验数据转化为用有效应力强度因子幅表示的裂纹扩展率da/dN-!Keff。结果表明该模型对钛合金、铝合金以及钢三种材料在变幅载荷下的有效应力强度因子幅计算是有效和实用的。2有效应力强度因子幅计算模型对于...  (本文共8页) 阅读全文>>

《河海大学学报》1992年02期
河海大学学报

V型缺口应力及应力强度因子的计算

断裂力学理论和应用对平面线弹性线裂缝问题已相当成熟,但对v型缺口(如混凝土坝坝踵)的研究还不很多.实际上当v型缺口的a~2、时(图1)即为线裂缝,因而研究v型缺口的应力和应力强度因子将更具有普遍意义.用常规有限元法虽也能求解,但要求网格分得很细,工作量很大,且不易掌握.文献[1〕对此类问题曾有所研究,但没有给出应力强度因子的求法.亦有人提出用边界配置法求解川,但边界条件复杂时实用性较差.本文对v型缺口应力及应力强度因子的计算做了一些探索,推导了缺口附近位移场,应变场和应力场的任意高阶级数表达式,并据此构造了能反映v型缺口应力奇异性的扇形奇异单元.Iv型缺口裂缝尖端附近的应力场、应变场及位移场 文献「l]曾就只考虑应力奇异项的情况推导出v型缺口尖端附近的应力场和位移场,它只适用于距缺口尖端很近的部位.为了使求得的应力场,应变场和位移场也适用于距缺口较远的地方,本文推导了任意高阶表达式. 在v型缺口的尖端取极坐标体系(图l).极坐标...  (本文共5页) 阅读全文>>

《力学与实践》2003年02期
力学与实践

纤维复合材料复合型断裂正应力强度因子比准则

关于纤维增强复合材料的断裂准则,前人已进行了大量草有成效的工作,建赢了许多准则,例如点应力准则,平均应力准则,应力强度网子及其修正准则,能量释放率准则,应变能密度准则等【“.但是在运用这些准则时遇到的困难是需要首先确定裂尖区的损伤参数(如损伤特征尺度ro). 关于纤维增强复合材料起裂方向的预测准则,前人也建妒r数个准则,如最大比正应力准则pJ,应变能密度准则[引,比应变能密度准则(。】和张量多项式准则[。]等,文献[2,4】的实验结果表明比应变能密度准则对于纤维复合材料复合型开裂方向的预测比较好,但这4种准则的‘个共同点是事先须确定应力点到裂尖的距离ro.而这些准则的ro选取对预测结果有很大影响. 本文提出另一种预测裂纹起裂及开裂方向准则,即正应力强度因子比准则,它既能预测断裂强度,又能预测起裂方向;而且不需要选择参数ro.1比正应力准则 比正应力准则认为裂纹扩展方向是由周向正应力和周向强度之比决定的【31.此比值为R(r0'口...  (本文共3页) 阅读全文>>