基于有限元法的连续油管疲劳寿命分析

发布时间：2019-02-20 20:29

【摘要】：连续油管是一根无螺纹连接的长油管,因此每次起下作业过程中都要发生多次弯曲变形,极易发生疲劳失效,进而导致连续油管应用成本加大,无法大规模使用。为此本文建立连续油管三维有限元模型,基于有限元法分析连续油管的疲劳寿命,为工程使用提供参考。本文考虑连续油管地面工作实际情况,将连续油管简化为弯曲梁,应用梁弯曲变形理论,结合连续油管的弹塑性变形,推导出滚筒处弯曲连续油管的弯矩和拉力计算公式以及弹塑性极限弯矩和弹性极限弯曲半径。应用疲劳寿命的有限元分析方法,建立连续油管三维有限元模型,分析了不同内压与壁厚连续油管的疲劳寿命,通过与试验结果的对比发现有限元法与试验得到的结果基本相同,验证了有限元法分析连续油管疲劳寿命的正确性。最后分析了不同外径和壁厚的无损伤连续油管在不同内压和轴向力作用下的疲劳寿命,以及存在不同椭圆度、裂纹方向、裂纹长度、磨损程度连续油管的疲劳寿命,得到了不同条件下无损伤连续油管与有损伤连续油管疲劳寿命的变化规律。分析结果表明:随着连续油管外径与壁厚的增加,连续油管的疲劳寿命也会增加;轴向力增加5倍时连续油管疲劳寿命仅减小10%左右;随着内压的增加,连续油管疲劳寿命在逐渐减小;随着椭圆度、裂纹和磨损程度的增加,连续油管的疲劳寿命均会明显减小,裂纹对连续油管疲劳寿命的影响较为明显,产生轴向裂纹的连续油管疲劳寿命约为产生环向裂纹连续油管的8倍左右。
[Abstract]:Continuous tubing is a long tubing without threaded connection, so it is easy to cause fatigue failure during every operation, which leads to the increase of application cost of coiled tubing, which can not be used on a large scale. In this paper, a three-dimensional finite element model of continuous tubing is established, and the fatigue life of coiled tubing is analyzed based on finite element method, which provides a reference for engineering application. In this paper, considering the actual working conditions of continuous tubing on the ground, the continuous tubing is simplified as a curved beam, and the theory of beam bending deformation is applied to the elastic-plastic deformation of continuous tubing. The formulas for calculating bending moment and tensile force of continuous tubing at the cylinder are derived, as well as elastic-plastic ultimate bending moment and elastic limit bending radius. Using the finite element analysis method of fatigue life, the three-dimensional finite element model of continuous tubing is established, and the fatigue life of coiled tubing with different internal pressure and wall thickness is analyzed. By comparing with the experimental results, it is found that the finite element method is basically the same as the experimental results, which verifies the correctness of the finite element method in analyzing the fatigue life of continuous tubing. Finally, the fatigue life of undamaged continuous tubing with different outer diameter and wall thickness under different internal pressure and axial force is analyzed, and the fatigue life of continuous tubing with different ellipticity, crack direction, crack length and wear degree is analyzed. The fatigue life of undamaged continuous tubing and damaged coiled tubing is obtained under different conditions. The results show that the fatigue life of the coiled tubing increases with the increase of the outer diameter and wall thickness of the coiled tubing, and the fatigue life of the coiled tubing decreases only about 10% when the axial force increases 5 times. With the increase of internal pressure, the fatigue life of coiled tubing decreases gradually. With the increase of ellipticity, crack and wear degree, the fatigue life of coiled tubing decreases obviously, and the influence of crack on fatigue life of coiled tubing is obvious. The fatigue life of coiled tubing with axial crack is about 8 times of that of coiled tubing with annular crack.
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE931.2

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