采气管柱流固耦合振动机理及振动特性分析

发布时间：2020-11-10 04:20

　　 采气作业时,高速流动的气体会产生不稳定的压力脉动波,诱发管柱振动;管柱振动又反过来影响流体在管柱内的运动特性,两者相互作用,互相影响,产生流固耦合振动。当气体与管柱间的流固耦合振动剧烈时,可能会诱发管柱的疲劳破坏或泄露。因此,为保证采气过程中管柱的完整性,开展了采气管柱流固耦合振动机理和振动特性研究,具体包括以下研究内容:考虑天然气的可压缩性,分析了气体流动产生的涡旋现象对管柱振动的影响,考察了井筒的温度场、压力场以及气体产量、工况对采气管柱振动的影响,阐明了采气管柱流固耦合振动机理。以直井为例,考虑气体与管柱间的流固耦合作用,建立采气管柱轴向、横向振动方程,用特征线法、数值插值法和伽辽金法求解振动方程,并以3吋半油管为例定量分析了管柱的振动特性。另外,采用ANSYS Workbench有限元软件进行垂直管柱三维模型模态分析、对30°、60°、90°不同曲率的管柱进行动力学分析,分析了是否考虑流固耦合作用对管柱模态的影响,考察了气体的入口压力对管柱振动的影响。研究表明:高速运动的流体会加剧采气管柱的振动;工况改变的瞬间会使井口管柱轴向振动加剧;考虑流固耦合时采气管柱的各阶固有频率降低,更易发生共振;管柱曲率越大,管柱内气液的脉动压力变化越大,对管柱的冲击力越大,管柱的振动越剧烈;相同入口压力时,不同曲率的管柱轴向方向的位移最大,流体对管柱有“拉直”的效果。研究结果可为管柱组合、管材选择、施工参数的选取提供参考。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE93
【部分图文】：

主要考虑流体运动对管柱振动的影响和管柱振动对流体运动的影响。在掌握了采气管柱流固耦合振动的机理基础上根据流体力学、振动力学理论对采气管柱进行力学分析并建立轴向和横向的数学模型，结合算例具体分析管柱振动特性。再利用模拟软件 ANSYWorkbench 建立管柱三维模型并分析其特性。综合以上分析结果得到可供实际应用的合理建议。

Pa； 表示假临界压力，Pa；T 表示为绝对温度K。相对密度和状态下假临界压力和假临界温度由不同的公式表准状态下的密度与计量状态下的密度之比，用 表示。天然气凝液前）然气的相对密度 > 0.7时= 5102 689.48= 132 + 116.67然气的相对密度 0.7时= 4778 248.21= 106 + 152.22天然气凝液后）然气的相对密度 > 0.7时= 4881 386.11= 92 + 176.67然气的相对密度 0.7时= 4778 248.21= 92 + 176.67

图 2-2 微元体温度传递分析图( ) = ( + ) + ( ) ( ) = ( ) 7.931 × 10 6.881 × 10 ) 7.931 × 10 6.881 × 10 = 21 + +ln( )2 ( ).128√(1 0.3√), 2 ( )063 + 0.5ln (1 + 0.6 ), 流体质量流量； 表示流体定
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本文编号：2877467