环北极多年冻土热力特性与采油井热融沉陷机制研究
发布时间：2023-02-05 14:30
随着“冰上丝绸之路”战略的实施和《中国的北极政策》白皮书的发布,我国对北极多年冻土区能源和北极航道的开发需求与日俱增,此举对于保障我国能源供应多样性与安全意义重大,并且我国祁连山和青藏高原羌塘盆地等多年冻土地区石油天然气资源潜力巨大,羌塘地区甚至被视为我国塔里木盆地后的第二个石油资源战略接替区。国内外对多年冻土区油井周围深厚多年冻土因热扰动融沉而引发工程问题的研究较少,对于多年冻土融化与油井受力机理认识尚不足。因此,研究环北极多年冻土区油井病害问题,既利于我国北极合作开发和能源保障,更助于我国多年冻土区能源勘探开发研究。鉴于此,本文针对环北极多年冻土热力特性与采油井热融沉陷机制,通过室内试验与理论分析、数值计算相结合的手段,着眼采油井热扰动作用,研究多年冻土的热学参数、力学特性与主要影响因素,在此基础上,构建多年冻土热传递温度场模型,诠释采油井热扰动下多年冻土融沉力学机理等,主要研究内容与取得的成果如下。(1)针对原状多年冻土相变条件下热学参数,采用电容法检测了油井周围冻土的未冻水含量,据此研究了负温对电容传感器电学响应与水、冰、土颗粒的相对介电常数的影响,基于未冻水含量评估了正、负温...
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冻土热学参数
1.2.2 多年冻土温度场
1.2.3 冻土弹性特性
1.2.4 融土力学特性
1.2.5 冻土融沉机理
1.3 存在的问题
1.4 研究内容与技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 技术路线
第2章 原状多年冻土相变下热学参数测试分析
2.1 引言
2.2 多年冻土热学参数测试方案
2.2.1 未冻水含量电容法测试
2.2.2 电容传感器标定方法
2.2.3 电容技术温度影响性
2.3 多年冻土热学参数测试结果分析
2.3.1 未冻水含量
2.3.2 比热容
2.3.3 热传导系数
2.3.4 相变热
2.4 本章小结
第3章 原状多年冻土弹性特性热效应测试分析
3.1 引言
3.2 多年冻土波速测试
3.2.1 试件来源
3.2.2 试验仪器
3.2.3 测试方案
3.3 多年冻土弹性特性
3.3.1 首波到达
3.3.2 弹性波速
3.3.3 弹性特性
3.3.4 围压影响
3.4 剪切模量各向异性
3.4.1 试件低温构造
3.4.2 波速测试
3.4.3 结果分析
3.5 本章小结
第4章 原状多年冻土融化后的力学特性测试分析
4.1 引言
4.2 三轴压缩试验方案
4.2.1 试样来源
4.2.2 试验仪器
4.2.3 试验过程
4.3 力学特性分析
4.3.1 应力-应变关系
4.3.2 破坏应力与弹性模量
4.3.3 抗剪强度指标
4.4 本章小结
第5章 多年冻土区油井场地温度场数值分析
5.1 引言
5.2 场地温度场数值分析方法
5.2.1 井筒传热结构
5.2.2 单井井筒热传递模式
5.2.3 计算模型
5.2.4 计算区域
5.2.5 边界条件
5.2.6 初始条件
5.2.7 模型参数
5.3 场地温度场数值分析结果
5.3.1 融化区域
5.3.2 预测温度场
5.4 本章小结
第6章 油井热扰动下多年冻土融沉机制数值分析
6.1 引言
6.2 冻土融沉数值模型
6.2.1 数值建模过程
6.2.2 计算结果分析
6.3 采油管井屈曲问题分析
6.3.1 井壁破坏临界应力
6.3.2 井壁竖向应力演化与屈曲判定
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及成果
致谢
个人简历
本文编号：3735137
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景与研究意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冻土热学参数
1.2.2 多年冻土温度场
1.2.3 冻土弹性特性
1.2.4 融土力学特性
1.2.5 冻土融沉机理
1.3 存在的问题
1.4 研究内容与技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 技术路线
第2章 原状多年冻土相变下热学参数测试分析
2.1 引言
2.2 多年冻土热学参数测试方案
2.2.1 未冻水含量电容法测试
2.2.2 电容传感器标定方法
2.2.3 电容技术温度影响性
2.3 多年冻土热学参数测试结果分析
2.3.1 未冻水含量
2.3.2 比热容
2.3.3 热传导系数
2.3.4 相变热
2.4 本章小结
第3章 原状多年冻土弹性特性热效应测试分析
3.1 引言
3.2 多年冻土波速测试
3.2.1 试件来源
3.2.2 试验仪器
3.2.3 测试方案
3.3 多年冻土弹性特性
3.3.1 首波到达
3.3.2 弹性波速
3.3.3 弹性特性
3.3.4 围压影响
3.4 剪切模量各向异性
3.4.1 试件低温构造
3.4.2 波速测试
3.4.3 结果分析
3.5 本章小结
第4章 原状多年冻土融化后的力学特性测试分析
4.1 引言
4.2 三轴压缩试验方案
4.2.1 试样来源
4.2.2 试验仪器
4.2.3 试验过程
4.3 力学特性分析
4.3.1 应力-应变关系
4.3.2 破坏应力与弹性模量
4.3.3 抗剪强度指标
4.4 本章小结
第5章 多年冻土区油井场地温度场数值分析
5.1 引言
5.2 场地温度场数值分析方法
5.2.1 井筒传热结构
5.2.2 单井井筒热传递模式
5.2.3 计算模型
5.2.4 计算区域
5.2.5 边界条件
5.2.6 初始条件
5.2.7 模型参数
5.3 场地温度场数值分析结果
5.3.1 融化区域
5.3.2 预测温度场
5.4 本章小结
第6章 油井热扰动下多年冻土融沉机制数值分析
6.1 引言
6.2 冻土融沉数值模型
6.2.1 数值建模过程
6.2.2 计算结果分析
6.3 采油管井屈曲问题分析
6.3.1 井壁破坏临界应力
6.3.2 井壁竖向应力演化与屈曲判定
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及成果
致谢
个人简历
本文编号：3735137
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3735137.html
