垂直井筒内悬挂管柱后屈曲特征有限元分析
发布时间：2021-06-03 19:34
井筒内悬挂管柱由于横向变形受到约束,其后屈曲行为复杂,对管柱的后屈曲研究具有重要意义。本文摒弃常规理论分析中的挠曲线假设条件,将管柱离散成梁单元,并将多向接触间隙元与梁单元相结合,建立了井筒内几何和接触非线性有限元模型。为解决静力屈曲分析时的收敛困难和算法不稳定性等问题,提出了井筒内悬挂管柱静力屈曲分析的动力松弛法。在悬挂管柱正弦屈曲向螺旋屈曲转变时的有限元计算中,发现随着井底压力的增加,悬挂管柱从二阶二维横向屈曲突变成两点接触的空间螺旋屈曲。不考虑悬挂拉力的影响,正弦屈曲向螺旋屈曲转变时的无量纲临界载荷为4.41。考虑悬挂管柱长度的影响,其无量纲临界载荷下降到3.81。提出了2种用于度量悬挂管柱完全螺旋屈曲的方法,第1种方法是以管柱的最下端和最上端的接触点之间的螺旋角度,来度量螺距;第2种方法是以连续接触段的螺旋角度,来度量螺距。不考虑受拉段的影响,两端铰支约束时,2种方法的无量纲临界载荷分别为7.52和8.34;两端固支时,其值分别为8.30和8.98。当考虑受拉段的影响,临界载荷也随着长度的增加而减小,并趋于稳定。采用准静态法,数值模拟了井底受压载荷在卸载和加载过程中的整个屈曲转...
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
梁单元的节点位图2.1给出了任一空间梁单元ij节点的xy
需进行迭代计算。 是由和节点位移无关单元自重分力产生，不需要进行迭代计算。图 2.2 梁单元轴力示意图2.2 悬挂管柱接触非线性间隙元理论2.2.1 间隙元的物理特性和应变将管柱与井壁之间的钻井液或者气体形成的单元叫做间隙元。这样管柱与井壁之间就形成了连续体。间隙元处在管柱与井壁之间，几何形状为一厚圆环，见图 2.3[73-75]。图 2.3 间隙元的变形图间隙元位移为： = = （2-39）式中： = }是一个 2×12 矩阵，显式见式（2-4）。对式（2-39）求极值，可得到间隙元的位置：xxqiRiαxyod xyon ( ) 悬挂管柱井眼间隙元
不需要进行迭代计算。图 2.2 梁单元轴力示意图非线性间隙元理论理特性和应变间的钻井液或者气体形成的单元叫做间隙元。这样管隙元处在管柱与井壁之间，几何形状为一厚圆环，见xxqiRiαyyn 间隙元
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑钻具屈曲的环空流动仿真研究[J]. 袁兰峰,何世明,黎学年,汤明,邵庸. 断块油气田. 2017(05)
[2]井斜角与摩擦对连续油管正弦屈曲的影响研究[J]. 龚银春,艾志久,付必伟,汤海平. 中国安全生产科学技术. 2016(10)
[3]基于慢动力法的受压扭管柱静力屈曲分析[J]. 张强,安超,许杰,丁宇奇. 力学与实践. 2016(04)
[4]井筒内受压杆管后屈曲能量法分析与实验研究[J]. 岳欠杯,刘巨保,付茂青. 力学与实践. 2015(06)
[5]基于动力松弛法的齿轮系统动态接触仿真分析[J]. 张威,肖正明,伍星,柳小勤,程言丽. 机械传动. 2015(10)
[6]A review of down-hole tubular string buckling in well engineering[J]. De-Li Gao,Wen-Jun Huang. Petroleum Science. 2015(03)
[7]深层气井油套管柱力学分析方法探讨[J]. 王建良. 油气井测试. 2013(03)
[8]水平井眼中钻柱的螺旋屈曲分析[J]. 徐春铃,王鑫伟. 机械科学与技术. 2011(11)
[9]斜直井内钻柱的非线性螺旋屈曲[J]. 谈梅兰,甘立飞,王鑫伟. 工程力学. 2007(S2)
[10]斜直井中钻柱螺旋屈曲的非线性有限元分析[J]. 刘峰,王鑫伟,周宏. 南京航空航天大学学报. 2004(01)
博士论文
[1]旋转钻井机械延伸极限研究[D]. 黄文君.中国石油大学(北京) 2016
[2]基于实际井眼轨迹的钻柱动力学特性有限元分析[D]. 胡以宝.上海大学 2011
[3]直井和曲井内管柱非线性稳定性分析[D]. 甘立飞.南京航空航天大学 2008
[4]受圆管约束管柱的后屈曲行为研究[D]. 刘凤梧.清华大学 1999
硕士论文
[1]垂直井管柱正弦和螺旋屈曲慢动力法研究[D]. 安超.东北石油大学 2016
[2]钻柱屈曲特性模拟与分析[D]. 陈康.西南石油大学 2015
[3]水平井钻柱屈曲实验研究[D]. 张文斌.中国石油大学(华东) 2014
[4]圆筒内细杆非线性稳定性问题的离散奇异卷积法分析[D]. 袁张贤.南京航空航天大学 2012
[5]水平段大段取心钻具力学分析与设计[D]. 张兆文.大庆石油学院 2009
[6]压裂管柱有限元分析及应用[D]. 岳欠杯.大庆石油学院 2009
[7]水平井水平段大段取心钻井技术研究[D]. 吴晓川.大庆石油学院 2008
[8]阶梯水平井钻柱和套管串设计[D]. 吕江.大庆石油学院 2007
[9]钻柱结构与井壁岩石互作用下系统耦合非线性动力学研究[D]. 冯代辉.重庆大学 2007
[10]阶梯水平井轨道设计及套管下入计算[D]. 鄢福明.大庆石油学院 2007
本文编号：3211121
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
梁单元的节点位图2.1给出了任一空间梁单元ij节点的xy
需进行迭代计算。 是由和节点位移无关单元自重分力产生，不需要进行迭代计算。图 2.2 梁单元轴力示意图2.2 悬挂管柱接触非线性间隙元理论2.2.1 间隙元的物理特性和应变将管柱与井壁之间的钻井液或者气体形成的单元叫做间隙元。这样管柱与井壁之间就形成了连续体。间隙元处在管柱与井壁之间，几何形状为一厚圆环，见图 2.3[73-75]。图 2.3 间隙元的变形图间隙元位移为： = = （2-39）式中： = }是一个 2×12 矩阵，显式见式（2-4）。对式（2-39）求极值，可得到间隙元的位置：xxqiRiαxyod xyon ( ) 悬挂管柱井眼间隙元
不需要进行迭代计算。图 2.2 梁单元轴力示意图非线性间隙元理论理特性和应变间的钻井液或者气体形成的单元叫做间隙元。这样管隙元处在管柱与井壁之间，几何形状为一厚圆环，见xxqiRiαyyn 间隙元
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑钻具屈曲的环空流动仿真研究[J]. 袁兰峰,何世明,黎学年,汤明,邵庸. 断块油气田. 2017(05)
[2]井斜角与摩擦对连续油管正弦屈曲的影响研究[J]. 龚银春,艾志久,付必伟,汤海平. 中国安全生产科学技术. 2016(10)
[3]基于慢动力法的受压扭管柱静力屈曲分析[J]. 张强,安超,许杰,丁宇奇. 力学与实践. 2016(04)
[4]井筒内受压杆管后屈曲能量法分析与实验研究[J]. 岳欠杯,刘巨保,付茂青. 力学与实践. 2015(06)
[5]基于动力松弛法的齿轮系统动态接触仿真分析[J]. 张威,肖正明,伍星,柳小勤,程言丽. 机械传动. 2015(10)
[6]A review of down-hole tubular string buckling in well engineering[J]. De-Li Gao,Wen-Jun Huang. Petroleum Science. 2015(03)
[7]深层气井油套管柱力学分析方法探讨[J]. 王建良. 油气井测试. 2013(03)
[8]水平井眼中钻柱的螺旋屈曲分析[J]. 徐春铃,王鑫伟. 机械科学与技术. 2011(11)
[9]斜直井内钻柱的非线性螺旋屈曲[J]. 谈梅兰,甘立飞,王鑫伟. 工程力学. 2007(S2)
[10]斜直井中钻柱螺旋屈曲的非线性有限元分析[J]. 刘峰,王鑫伟,周宏. 南京航空航天大学学报. 2004(01)
博士论文
[1]旋转钻井机械延伸极限研究[D]. 黄文君.中国石油大学(北京) 2016
[2]基于实际井眼轨迹的钻柱动力学特性有限元分析[D]. 胡以宝.上海大学 2011
[3]直井和曲井内管柱非线性稳定性分析[D]. 甘立飞.南京航空航天大学 2008
[4]受圆管约束管柱的后屈曲行为研究[D]. 刘凤梧.清华大学 1999
硕士论文
[1]垂直井管柱正弦和螺旋屈曲慢动力法研究[D]. 安超.东北石油大学 2016
[2]钻柱屈曲特性模拟与分析[D]. 陈康.西南石油大学 2015
[3]水平井钻柱屈曲实验研究[D]. 张文斌.中国石油大学(华东) 2014
[4]圆筒内细杆非线性稳定性问题的离散奇异卷积法分析[D]. 袁张贤.南京航空航天大学 2012
[5]水平段大段取心钻具力学分析与设计[D]. 张兆文.大庆石油学院 2009
[6]压裂管柱有限元分析及应用[D]. 岳欠杯.大庆石油学院 2009
[7]水平井水平段大段取心钻井技术研究[D]. 吴晓川.大庆石油学院 2008
[8]阶梯水平井钻柱和套管串设计[D]. 吕江.大庆石油学院 2007
[9]钻柱结构与井壁岩石互作用下系统耦合非线性动力学研究[D]. 冯代辉.重庆大学 2007
[10]阶梯水平井轨道设计及套管下入计算[D]. 鄢福明.大庆石油学院 2007
本文编号：3211121
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