1.受力分析的定义:把指定物体(研究对象)在特定物理情景中所受的所有外力找出来,并画出受力图,这就是受力分析。
2.受力分析的一般顺序:先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力。
3.受力分析的一般步骤:
(1)选取研究对象:即确定受力分析的物体。研究对象可以是单个的物体,也可以是物体的系统组合。
(2)隔离物体分析:将研究对象从周围的物体中隔离出来,进而分析物体受到的重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等,检查周围有哪些物体对它施加了力的作用。
(3)画出受力示意图:按照一定顺序进行受力分析.一般先分析重力;然后环绕物体一周,找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析弹力和摩擦力;最后再分析其它场力。在受力分析的过程中,要边分析边画受力图(养成画受力图的好习惯).只画性质力,不画效果力。
(4)检查受力分析是否有误:受力分析完后,检查画出的每一个力能否找出它的施力物体,检查分析结果能否使研究对象处于题目所给运动状态,否则,必然发生了漏力、多力或错力现象。
注意事项:
①只分析研究对象所受的力,不分析对其它物体所施加的力。切记不要把作用在其它物体上的力错误的认为“力的传递”作用在研究对象上。
②只分析按性质命名的力,不分析按效果命名的力(下滑力、向心力、回复力)。
③每分析一个力,都应找出施力物体,以防多分析出某些不存在的力。
④合力和分力不能同时作为物体所受的力。
1. 明确研究对象
进行受力分析前,要先弄清受力的对象。我们常说的“隔离法”、“整体法”,指的是受力的对象是单个物体,还是由多个物体组成的整体。对于连接体,在进行受力分析时,往往要变换几次研究对象之后才能解决问题。
有时候,选取所求力的受力物体为研究对象,却很难求出这个力,这时可以转移对象,选取这个力的施力物体为研究对象,求出它的反作用力,再根据牛顿第三定律,求出所求力。
2. 有序地分析受力
要养成按一定的步骤进行受力分析的习惯,这样可以避免漏力或添力。一般分三步走:先分析重力,然后找出跟研究对象接触的物体,分析接触力,如弹力、摩擦力等,最后分析电场力、磁场力等。
确定物体是否受到力的作用,有三个常用的方法:
(1)假设法;
(2)根据运动状态判断受力情况;
(3)用牛顿第三定律。
3. 认真地检查
作完受力分析后还要认真地检查,看看所画出的每个力能否都找出施力物体,能否都找出反作用力,能否使研究对象处于题中所给的运动状态。
理解力的概念,掌握力的特点,是正确分析受力的基础和依据。要想熟练掌握,还需要通过一定量的练习,不断加深对物体运动规律的认识,反复体会方法,总结技巧才能达到融会贯通的效果。
题目中有没有说过是都是静止或者匀速运动的?如果有的话用整体法比较简便 用隔离比较麻烦。。。
对整体考虑 整体受到四个力 重力 地面的支持力 斜向上的作用力 由于静止 而斜向上的力水平以地面的分力 被平衡掉了 所以可得整体受的摩擦力水平向左 所以对地面的支持力就是整体的重力减去力F竖直向上的分力 即N=(m+M)g-Fsin30°整体受到的摩擦力为Fcos30°
如果用隔离 很麻烦很麻烦的、、、、写不清楚、、、不好意思额 = = 补充一句整体法受力分析的时候 斜披和小物块之间的摩擦力不考虑 因为这是内力 整体法对整体考虑 内部力不考虑只考虑受到的外力
某高含硫气井,当地层压力降低到元素硫析出的饱和压力后,元素硫开始析出沉降,当产量较小的时候,元素硫会沉积硫堵,降低储层孔隙度及渗透率。分析元素硫沉积对储层各参数的影响,得到含硫饱和度随时间的变化关系,从而更好地指导含硫气藏科学合理的开发生产。 根据以上建立的数学模型,结合第4章对元素硫颗粒在孔隙介质中的受力运移分析,采用表5.1井的参数,进行了模拟计算分析。由于现场取样的困难性,对于元素硫溶解度的计算方面,本章还是采用常用的Roberts的溶解度计算公式(2.7)。将这些参数带入上式(5.13)进行分析求解。 图5.2含硫饱和度随时间变化关系计算流程图 表5.1 某井的相关参数 (1)压力随含硫饱和度的变化 图5.3表示在径向半径为0.5m,产量为3×104m3/d的情况下,压力随含硫饱和度的变化关系,从图中可以看出,随着含硫饱和度的增加,在地层某处的压力是随之降低的。因为本章假设井是定产生产,随着元素硫析出的量增加,必然导致渗透率降低,需要进一步降低压差才能保证产量不变,所以当地层压力降到元素硫析出的饱和压力后,应尽量降低配产,稳住压力,推迟由于元素硫大量沉积导致的气井堵塞。 图5.3 压力随含硫饱和度的变化关系 (2)元素硫溶解度随压力的变化 图5.4 溶解度随压力的变化关系 图5.4为元素硫溶解度随压力的变化关系,压力越高,元素硫在含硫天然气中溶解度越高,随着含硫气藏开发的不断进行,元素硫颗粒在天然气中的溶解度随之降低。本文假设含硫气井是定产生产,考虑了含硫气藏开发过程中,由于元素硫析出沉降导致的渗透率降低,相比前人研究的假设元素硫溶解度不随压力变化[20],更加符合含硫气藏实际开发过程。 (3)有效渗透率随含硫饱和度的变化 图5.5为地层有效渗透率随含硫饱和度之间的变化关系,随着含硫饱和度的增加,含硫气藏有效渗透率是随之降低的; 同时,在配产一定的情况下,当含硫饱和度达到0.3的时候,有效渗透率基本上已经非常小了,这种情况下,只能大幅度降低生产压差才能保证产量的稳定。故当地层压力降低到含硫气藏元素硫析出的饱和压力后,如地层产水,这时,元素硫基本上很难被气流携带出储层,则应该及时解堵和稳压开采。 图5.5含硫饱和度与有效渗透率之间的关系 (4)压力随时间的变化关系 图5.6表示径向距离为0.5m,产量为3×104m3/d时,压力随时间的变化关系,随着含硫气井生产时间不断的增加,压力也随之降低,如果不考虑元素硫沉积的影响,压力应该缓慢降落。但当考虑元素硫沉积时,硫沉积将会降低储层渗透率,在定产的情况下,只有压力降落速度加快,才能保证产量的稳定,所以压力变化趋势如图5.6所示,到达一定时间后急剧下降。 (5)流动状态对含硫饱和度的影响 图5.7表示径向半径0.5m,稳定产量3×104m3/d的情况下,生产时间与含硫饱和度的关系。从图上可以看出,随着生产时间的增加,含硫饱和度随之增加。对于定含硫饱和度的情况下,非达西渗流需要的时间会比仅考虑达西渗流短,即非达西渗流出现硫沉积的极限时间会小于仅考虑达西渗流的情况。这是由于近井地带,由于流速很快,非达西流动导致的压力损失也随之增加,从而导致能量损失在这部分增加,而压降速度的增快,元素硫的析出量随之增加,使得堵塞时间提前。考虑近井区域非达西渗流的影响,准确预测硫堵塞时间,及时采取相应的解堵工艺,更有利于高含硫气井的高效稳定的开采。 (6)径向距离对含硫饱和度的影响 图5.8分别考虑非达西渗流情况下,不同径向距离处,含硫饱和度随时间的变化关系图。从图中可以看出,在饱和度一定的情况下,径向半径越小,需要的时间越短,这是因为越靠近井底,压力降落也就越快,硫析出的量也随之越多,也就越容易堵塞孔隙。从径向距离与含硫饱和度的变化关系可以看出,硫沉积的主要区间在近井地带附近,因此,研究近井地带区间的硫沉积对高含硫气藏开发更具有现实意义。 图5.6 压力随时间的变化关系 图5.7 流动状态对含硫饱和度的影响 (7)产量对地层含硫饱和度的影响 图5.9为径向距离0.5m处,考虑非达西渗流的情况下,不同产量对含硫饱和度的影响。从图中可以看出,在含硫饱和度一定的情况下,产量越高,生产时间越短。这是因为产量越大,压力降落也就越快,硫析出量也就随之增加。所以气井流速无法将元素硫颗粒携带出储层,适当控制井的产量,可减缓压力减低的速度,从而减小元素硫析出量,有助于延长井的生产时间,从而提高井的产量。 (8)孔隙度对含硫饱和度的影响 图5.10为径向距离0.5m处,考虑非达西渗流的情况下,不同孔隙度对含硫饱和度的影响。从图中可以看出,在含硫饱和度一定的情况下,地层孔隙度越大,生产时间越长。这是因为孔隙度越大,能够容纳析出硫的量就越多,从而增加了井的生产时间。 图5.8 不同径向距离对含硫饱和度的影响 图5.9 不同产量对含硫饱和度的影响 (9)束缚水饱和度与含硫饱和度的关系 图5.11为径向距离0.5m处,产量为3×104m3/d时,考虑非达西渗流的情况下,不同束缚水饱和度对含硫饱和度的影响。从图中可以看出,在含硫饱和度一定的情况下,束缚水饱和度越大,油气流通能力越弱,析出的元素硫也就更加容易堵塞孔隙。所以,气井的束缚水的含量也是制约含硫气井生产时间的一个重要因素。束缚水不仅影响了油气流动能力,同时硫颗粒析出沉降在孔隙壁面上后,束缚水作为颗粒中间载体,使得硫颗粒之间相互交结,从而更加不容易被气流携带出储层,故束缚水饱和度越大,能够交结的硫颗粒越多,含硫气井的生产时间也就随之越短。 (10)地层渗透率对含硫饱和度的影响 图5.12为径向距离0.5m处,产量为3×104m3/d时,考虑非达西渗流的情况下,不同地层渗透率对含硫饱和度的影响。从图中可以看出,在含硫饱和度一定的情况下,地层渗透率越高,生产时间越长。这是因为渗透率越大,油气流通能力越强,在同样产量的情况下,所需要的压降就越小,元素硫析出速度会越慢,从而井的生产时间就随之增加。 图5.10 不同孔隙度对含硫饱和度的影响 图5.11 束缚水饱和度对含硫饱和度的影响 图5.12 地层渗透率对含硫饱和度的影响
为了更好地分析和理解该模型的作用,用含硫气井储层的数据(表6.1)进行计算,并分析了相关参数的影响。 表6.1 高含硫某储层相关参数 续表 6.3.1 裂缝开度对含硫气藏生产时间的影响 图6.2为裂缝开度对含硫生产时间的影响曲线,在裂缝长度一定的情况下,裂缝开度越大,气井生产极限时间长,这是因为裂缝的开度越大,表示储层的体积越大,能够容纳元素硫的量就越多。 图6.2裂缝开度对生产极限时间的影响 6.3.2 裂缝高度对含硫气藏生产时间的影响 图6.3为裂缝高度对含硫饱和度的影响曲线。在裂缝长度一定的情况下,裂缝高度越高,单井的生产极限时间越长。这是因为高度越大,表示能够容纳元素硫的空间越大,则元素硫堵塞孔隙的时间也就越长。 图6.3 裂缝高度对生产极限时间的影响 图6.4 产量对生产极限时间的影响 6.3.3 产量对含硫气藏生产时间的影响 图6.4为产量对生产极限时间的影响曲线,随着产量增加,在同一裂缝长度情况下,气井生产极限时间减小。因为气井的产量越大,压降也就越快,元素硫析出的量也就随之增加。所以当含硫气井生产后期,元素硫发生堵塞后,也就是气流已不能携带元素硫,近井地带解堵后,适当降低产量有利于延缓压降速度,从而延长气井生产时间。
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