高产气井油管柱振动力学特性研究

发布时间：2021-04-24 10:59

　　随着塔里木、长庆、四川等地大型气田的勘探与开发,我国的天然气产量得到了极大的提高。但产量的提高也带来了新的生产问题,高速的天然气对油管柱的冲击作用所造成的油管柱振动已不能被忽视,不少高产气井由于天然气诱发油管柱振动进而造成油管柱先期疲劳破坏,对正常生产造成了严重的影响。传统的油管柱静力学分析已无法解决这一难题,因此高产气井油管柱振动力学特性研究具有重要意义。本文考虑了高产气井油管柱内天然气温度与压力的相互影响,建立了高产气井油管柱内天然气温度与压力的计算模型,研究了不同产量下的天然气沿油管柱内流动的温度、压力、流速及密度分布规律。建立了油管柱接箍附近流场分析的有限元模型,考虑接箍长度、产量变化等因素的影响,具体分析了天然气在接箍附近的压力、速度、湍动能分布等。采用弹性力学理论及有限元方法,建立了全井油管振动模型。采用模态分析方法,考虑了封隔器的影响,计算了油管柱纵向振动前10阶固有频率并提取了前4阶的模态及振型。采用谐响应分析方法,考虑了封隔器的影响,分析了油管柱在前4阶固有频率范围内的纵向共振性。采用瞬态动力响应分析方法,考虑了产量一定与产量波动两种工况对油管柱振动的影响,分析了油管... 

【文章来源】：西南石油大学四川省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 问题的提出
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 管道振动力学研究起源
        1.2.2 井下石油管柱力学研究现状
    1.3 主要研究内容及研究思路
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 研究思路
第2章 高产气井油管柱内流场模拟与分析
    2.1 天然气在油管柱内流动的温度与压力计算
        2.1.1 天然气在油管柱内流动的温度计算
        2.1.2 天然气在油管柱内流动的压力计算
        2.1.3 天然气的其他物性参数计算
        2.1.4 温度-压力耦合计算
        2.1.5 实例计算
    2.2 天然气在油管柱内流场分析
        2.2.1 天然气流体动力学基本方程
        2.2.2 天然气振荡流体动力学基本方程
        2.2.3 天然气在油管柱内流动的局部流场分析
    2.3 本章小结
第3章 高产气井油管柱振动力学模型
    3.1 基本假设
    3.2 油管柱振动系统动力学模型的建立
        3.2.1 拉格朗日方程
        3.2.2 质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的建立
    3.3 模型求解
        3.3.1 模态分析法
        3.3.2 直接积分法
    3.4 本章小结
第4章 高产气井油管柱振动模态及谐响应分析
    4.1 基本参数
    4.2 油管柱振动模态分析
    4.3 油管柱振动谐响应分析
    4.4 本章小结
第5章 高产气井油管柱振动瞬态动力响应分析
    5.1 基本参数
    5.2 产量一定时油管柱振动瞬态动力响应分析
        5.2.1 初始条件及动载荷施加
        5.2.2 瞬态动力响应与分析
    5.3 产量波动时油管柱振动瞬态动力响应分析
        5.3.1 初始条件及动载荷施加
        5.3.2 瞬态动力响应与分析
    5.4 本章小结
第6章 结论与建议
    6.1 结论
    6.2 建议
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
    发表的专利及软件著作



本文编号：3157242