膨胀波纹管的仿真研究与结构优化

发布时间：2021-04-29 23:27

　　本文针对地质钻探领域使用的Φ108/96规格膨胀波纹管进行了管材材质选择、截面形状设计,利用ANSYS软件进行有限元分析、优选出最优截面形状,在最优截面形状下研究厚度、波峰半径和波谷半径对膨胀波纹管膨胀效果的影响。然后从力学、质点位移的角度分析膨胀波纹管在膨胀过程中的不同阶段不同受力、位移情况,最后对所选的最佳截面按照前文所得的规律进行优化改进,探究最佳截面,为膨胀波纹管的加工和现场应用提供理论依据。考虑到地质勘探的特殊性,决定在常用管材中选择屈强比低、均匀变形能力强、价格便宜、易于加工的膨胀管材。对满足上述条件的一些管材,通过拔管、热处理、膨胀这三个步骤,最终选择了编号为KP02的管材作为膨胀管材。该材料的抗拉极限强度为520 MPa、弹性模量为200GPa、泊松比为0.3、屈服强度为185 MPa。在抗内外压强度条件下（计算得壁厚t≥3.24mm,取t=3.5mm和4mm）,从膨胀管截面的几何关系出发,计算并设计了四瓣梅花形截面A、B、六瓣梅花形截面C、D、八瓣梅花形截面E、F、十瓣梅花形截面G这七种不同形状的Φ108/96规格的膨胀波纹管截面。其次将所设计的四瓣梅花形截面A、六瓣... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 项目研究背景及意义
    1.2 国内外技术研究现状
        1.2.1 膨胀波纹管国外现状
        1.2.2 膨胀套管国外现状
        1.2.3 膨胀筛管国外现状
        1.2.4 膨胀套管国内现状
        1.2.5 膨胀波纹管国内现状
        1.2.6 膨胀筛管国内现状
        1.2.7 膨胀波纹套管的模拟仿真
    1.3 主要研究内容及技术路线
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 技术路线
第2章 膨胀波纹管截面设计
    2.1 膨胀波纹管的材质选择
        2.1.1 实验选择管材
        2.1.2 机械性能测试
        2.1.3 膨胀波纹管的成型工艺
    2.2 膨胀波纹管截面形状参数设计
        2.2.1 截面形状参数计算
        2.2.2 截面设计
    2.3 本章小结
第3章 膨胀波纹管膨胀过程有限元模拟
    3.1 有限元简介
    3.2 金属弹塑性理论
        3.2.1 屈服准则
        3.2.2 应变增量的计算
        3.2.3 强化准则
    3.3 关键参数的定义
    3.4 模拟的前提
    3.5 建立模型
        3.5.1 导入模型
        3.5.2 定义材料属性并划分单元格
        3.5.3 施加约束并加载
    3.6 结论分析
        3.6.1 膨胀效果的评价标准
        3.6.2 膨胀压力
        3.6.3 模拟结果分析
    3.7 本章小结
第4章 膨胀过程分析及结构优化
    4.1 膨胀过程分析
        4.1.1 静力平衡阶段
        4.1.2 膨胀阶段
        4.1.3 膨胀完成阶段
        4.1.4 膨胀过程综合分析
    4.2 截面参数优化
    4.3 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]小口径可膨胀波纹管水力膨胀过程的数值模拟与试验研究[J]. 苏辉,刘宝林,黄玉文,张德龙,郭强,翁炜.  探矿工程(岩土钻掘工程). 2019(01)
[2]小口径膨胀波纹管技术在若尔盖铀矿区的应用[J]. 李晓晨,陈晓君,杨宏胜,黎波.  探矿工程(岩土钻掘工程). 2018(12)
[3]弯曲井段下壁厚对波纹管膨胀性能的影响[J]. 张会会,段庆全,李虎.  石油矿场机械. 2017(05)
[4]国产SEW膨胀套管实物性能研究[J]. 李远征,韦奉,何石磊,张峰,梁航.  焊管. 2017(07)
[5]膨胀波纹管技术首次在页岩气井孔中成功护壁[J].   地质装备. 2016(05)
[6]塔河侧钻水平井硬脆性泥页岩井壁失稳研究及对策[J]. 张国,陈红壮,高伟,侯子旭,刘贵传.  钻采工艺. 2016(03)
[7]地质勘探用膨胀波纹管截面设计与选择[J]. 张化民,于好善,宋刚.  探矿工程(岩土钻掘工程). 2015(08)
[8]等井径膨胀套管螺纹接头的应力分析[J]. 唐明.  石油机械. 2015(06)
[9]膨胀筛管技术研究现状及发展建议[J]. 吴柳根.  石油机械. 2015(03)
[10]国外膨胀管技术应用新进展[J]. 曹川,任荣权,王宏伟,尹洪伟.  石油机械. 2013(05)

博士论文
[1]膨胀波纹管封隔定向井段应用技术研究[D]. 刘鹏.中国地质大学(北京) 2017

硕士论文
[1]钻井用可膨胀波纹管技术研究[D]. 杨顺辉.中国石油大学 2008



本文编号：3168383