[发明专利]用于地质结构强度和刚度的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地质结构强度和刚度的分析方法。

背景技术

所谓水平井，是指一种最大井斜角达90度，在产层内有水平的或近水平井段的特殊型式的油气井。自上世纪90年代以来，随着水平井钻井技术的日益完善和普及，水平井被世界各国广泛采用，我国从在南海东部钻成第一口水平井以后，各油田相继开展了水平井钻采技术的研究和实践，特别是经过“八五”科技攻关，使我国的水平井开采技术接近国际先进水平。

套管是保护井壁及井内的设备，隔开各层流体，保证油、气、水井生产活动正常进行的钢材管道。油、水井套管管材的机械性能不同，几何参数不同，在井下的腐蚀程度不同，它们的承载能力也不同。

水平井套管下入过程中主要受到自身的重力、钻井液的浮力、井壁的接触压力和摩擦力、井眼弯曲所产生的附加弯矩、大钩载荷和游动系统施加的附加载荷的影响，因此，水平井套管在水平井中的受力状态与在直井中有很大的不同。当井眼弯曲时，套管柱紧贴下井壁，可能因套管刚性很大使套管柱卡在井眼的弯曲段而无法下入。进入水平段后，套管柱会部分贴在下井壁上，可能由于套管柱与地层的接触段不断增长，地层对套管柱的总摩阻也逐渐增大，此时大钩载荷随之减小，当大钩载荷减小至零时，使下套管作业受阻。

运用固体力学理论(包括结构力学、弹性力学、塑性力学等)对结构进行强度和刚度分析，是工程设计的重要内容之一。随着科学技术的进步和生产的发展，工程结构的几何形状和载荷情况日益复杂，寻找结构分析的解析解十分困难。因此人们转向寻求它的近似解。里兹提出一种近似解法，具有重要意义。它利用带有未知量的试探函数将势能泛函近似，对每一个未知量求势能泛函的最小值，得到求解未知量的方程组。从五十年代开始，我国科学工作者就对结构分析的近似算法很重视，为有限单元法的初期发展做出很多贡献。文革期间，我国的研究工作受到阻碍。1976年以后，有限单元法的学习、使用和研究工作得到迅速发展，随着各种先进计算机技术的普及和发展，我国的有限元理论研究和结构分析程序的研制应用进入蓬勃发展阶段。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种用于地质结构强度和刚度的分析方法，该分析方法能快速完成地质结构强度和刚度的分析，且分析结果准确，分析步骤简单，大大降低了分析成本。

本发明的目的通过下述技术方案实现：用于地质结构强度和刚度的分析方法，包括以下步骤：

(a)建立求解域并将其离散化为有限单元；

(b)假设代表单元物理行为的形函数；

(c)建立单元方程；

(d)构造单元整体刚度矩阵；

(e)施加边界条件、初始条件和载荷；

(f)求解线性或非线性的微分方程组，得到节点求解结果；例如得到不同节点的位移量、应力应变量或热力学问题中的温度量；

(g)得到其他重要信息。

所述步骤(a)即将连续体问题分解成节点和单元等个体问题。

所述步骤(b)即假设代表单元解的近似连续函数。

所述步骤(f)中，求解结果为：不同节点的位移量、应力应变量或热力学问题中的温度量。

综上所述，本发明的有益效果是：能快速完成地质结构强度和刚度的分析，且分析结果准确，分析步骤简单，大大降低了分析成本。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例：

本实施例涉及的用于地质结构强度和刚度的分析方法，包括以下步骤：

(a)建立求解域并将其离散化为有限单元；

(b)假设代表单元物理行为的形函数；

(c)建立单元方程；

(d)构造单元整体刚度矩阵；

(e)施加边界条件、初始条件和载荷；

(f)求解线性或非线性的微分方程组，得到节点求解结果；例如得到不同节点的位移量、应力应变量或热力学问题中的温度量；

(g)得到其他重要信息。

所述步骤(a)即将连续体问题分解成节点和单元等个体问题。

所述步骤(b)即假设代表单元解的近似连续函数。

所述步骤(f)中，求解结果为：不同节点的位移量、应力应变量或热力学问题中的温度量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。