连续油管力学特性分析与疲劳寿命研究

发布时间：2017-11-01 06:17

  本文关键词：连续油管力学特性分析与疲劳寿命研究

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【摘要】：本文是在川庆钻探工程有限公司井下作业公司《连续油管作业优化决策系统软件数学模型建立与求解模块研究》科研项目的资助下完成的,本文属于该项目的部分研究内容。随着连续油管(CT)技术和钻井技术的发展,近年来该技术已经成为国外钻井技术的热点。研究、开发以及推广连续油管作业技术对石油勘探开发具有重要的意义。本文重点对连续油管屈曲及轴向载荷传输、力学强度及工作疲劳寿命进行分析,完成工作或取得的成果如下：(1)通过对比能量法所推导出的连续油管变形微分方程与根据静力平衡法所推导的连续油管的变形微分方程结果,发现两者结果相同,证明了变形微分方程的合理性。分别对处于斜井段、垂直井段的连续油管进行临界屈曲载荷分析,得到连续油管的临界屈曲载荷。(2)建立了连续油管屈曲力学特性计算、强度计算、伸长量计算、卡点计算的数学模型以及连续油管强度数据库,与此同时,基于连续油管的危险点应力、等效应力以及其疲劳失效准则,建立了连续油管疲劳寿命预测模型,为连续油管力学强度分析软件开发提供了数学模型和数据库。(3)建立了连续油管力学数学模型的求解和算法,开展了连续油管作业管柱屈曲及轴向载荷分析、连续油管作业起下过程中各点受力以及关键节点连续油管轴向载荷、连续油管抗内压强度分析及挤毁压力计算、连续油管螺旋锁定的判定模型研究,建立了连续油管疲劳寿命预测模型。(4)基于本文建立的连续油管管柱力学模型与疲劳寿命预测数学模型为基础,开发了具有自主知识产权的连续油管力学分析软件。该软件可以直观判断连续油管在不同井段的屈曲形式,计算连续油管的挤毁屈曲载荷,并对连续油管的疲劳寿命的进行预测分析。(5)本文开发的软件得到了现场应用、测试和完善,完成了威远H3-1、白浅203-H1等14口井的软件测试计算,计算结果与现场实际施工工况结果符合率达到92%以上,能够有效指导连续油管施工。
【关键词】：连续油管 屈曲分析 力学特性 疲劳寿命 软件开发
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 研究的目的与意义8
• 1.2 连续油管发展概况8-12
• 1.2.1 国外发展概况9-11
• 1.2.2 国内应用概况11-12
• 1.3 国内外研究现状及发展方向12-15
• 1.3.1 连续油管屈曲力学国内外研究现状12-13
• 1.3.2 连续油管疲劳寿命国内外研究现状13-15
• 1.3.2.1 国外研究现状13-14
• 1.3.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3.3 存在的问题15
• 1.4 本文的研究思路和主要内容15-18
• 第2章 连续油管屈曲力学特性分析18-35
• 2.1 静力平衡法分析连续油管井下状态18-23
• 2.1.1 连续油管柱在三维井眼中的力学描述18-19
• 2.1.2 连续油管微元体受力分析19-20
• 2.1.3 连续油管微元体静力平衡方程20-21
• 2.1.4 连续油管微元体物理方程21-22
• 2.1.5 连续油管变形微分方程22-23
• 2.2 能量法分析连续油管井下状态23-26
• 2.2.1 连续油管弯曲变形能及其变分23-24
• 2.2.2 连续油管外力功及其变分24-25
• 2.2.3 最小势能原理及连续油管变形微分方程的导出25-26
• 2.3 直井段连续油管屈曲分析26-29
• 2.3.1 临界屈曲载荷26-27
• 2.3.2 接触载荷27-29
• 2.4 斜直井段临界屈曲分析29-34
• 2.4.1 临界屈曲载荷29-32
• 2.4.2 接触载荷32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 连续油管力学强度分析与数据库建立35-54
• 3.1 地面设备参数设定35-36
• 3.2 连续油管的弯曲应力分析36-39
• 3.2.1 连续油管卷绕时的弯曲分析36-38
• 3.2.2 连续油管在井口处的压曲分析38-39
• 3.3 连续油管内屈服压力/挤毁压力计算39-44
• 3.3.1 连续油管屈服判断依据39-40
• 3.3.2 连续油管抗内压(破裂压力)分析40
• 3.3.3 连续油管抗外挤(挤毁压力)分析40-41
• 3.3.3.1 理想圆管的挤毁压力40-41
• 3.3.3.2 椭圆截面管挤毁压力41
• 3.3.4 非API油管强度计算数学模型41-43
• 3.3.5 三轴应力分析43-44
• 3.4 连续油管伸长量计算数学模型44-46
• 3.4.1 由轴向力引起的伸长量44-45
• 3.4.2 温度变化引起的伸长量45
• 3.4.3 泊松比引起的伸长量45-46
• 3.5 连续油管卡点位置计算46-47
• 3.6 连续油管基本技术参数数据库建立47-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第4章 连续油管疲劳寿命预测模型建立54-61
• 4.1 连续油管的失效形式54-55
• 4.2 连续油管多轴疲劳破坏准则55-57
• 4.2.1 基于应力的疲劳破坏准则55
• 4.2.2 基于应变的疲劳破坏准则55-56
• 4.2.3 基于循环塑性功的疲劳破坏准则56
• 4.2.4 基于临界平面法的疲劳破坏准则56-57
• 4.3 连续油管疲劳寿命预测模型的建立57-60
• 4.3.1 连续油管的危险点应力分析57
• 4.3.2 等效应力公式的建立57-58
• 4.3.3 预测模型58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 软件开发及其现场应用实例分析61-76
• 5.1 软件简介61-64
• 5.1.1 软件功能设计62-63
• 5.1.2 编写语言、环境、特点63
• 5.1.3 软件的运行环境63
• 5.1.4 软件优势63
• 5.1.5 软件界面63-64
• 5.2 软件应用实例分析64-75
• 5.2.1 垂直井算例65-70
• 5.2.2 斜直井算例70-72
• 5.2.3 白浅203-H1井实例分析72-75
• 5.3 本章小结75-76
• 第6章 结论76-77
• 附件77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1125610