考虑摩擦效应的压裂管柱流固耦合振动特性及实验研究

发布时间：2021-09-24 23:06

　　压裂管柱作为主要的承载构件与动力传递构件,施工时承受自身重量、内外流体的压力、轴向力、摩擦力等多种载荷的共同作用。这些作用容易诱发管柱振动,并且使管柱的受力、变形及运动状态变得非常复杂。同时管柱的振动又反作用流体的流动,从而形成双向流固耦合振动。因此,本文在考虑压裂管柱摩擦效应的基础上,分析了管柱的流固耦合振动特性,并进行了室内验证实验,具体包括以下内容:利用FLUENT软件对流场的主要瞬态参数进行数值计算,得到引发管柱振动的流动条件变化。考虑管壁和液体之间的摩擦耦合效应,基于不可压缩液体运动方程、连续性方程以及固体的振动方程、本构方程建立了压裂管柱流固耦合动力学模型,利用传递矩阵法求解了压裂管柱的轴向振动响应。利用AUTOPIPE软件以1:1模型对实验室管柱进行水锤模拟计算,考虑压裂液液性变化对管柱流固耦合振动特性的影响,得到了压裂液排量、压力变化对管柱流固耦合振动特性的影响,最后通过实验室模拟实验,对压裂管柱的振动进行了分析。结果表明:当液体流经压裂管柱的接箍部位、弯曲部位、倾斜部位时,由于管柱截面积突然发生变化或者液体的流动方向发生改变,使液体的流动压力、流动速度等发生变化,管柱... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

压裂管柱振动实验流程图

由于压裂管柱不是一个连续体，而是由数根管柱依次连接而成，相邻的两根管柱之间通过接箍连接，而接箍处由于其结构原因，管柱直径会发生变化，在这里选取接箍内径为 83.3mm，接箍长度为 142.88mm，接箍上端管柱长度和下端管柱长度均为 150mm，液体从管柱上端流向下端。 在 FLUENT 中的一些基础设定上，本文选取标准 K-ε 湍流模型；选用隐式压力基耦合求解器（压力基耦合求解器适用于大多数单相流，比分离求解器性能更好，但其不能用于多项流；隐式一般优于显式）；选取速度入口及压力出口，FLUENT 计算静压和出口的速度；压力出口通用于不可压缩流和可压缩流，井口流压设置为 60MPa 。 建立管柱二维模型后需对该模型进行相应的网格划分，在网格划分时，需对管柱接箍处进行加密设置，如图 2-1 所示，并检查该网格划分是否合理。

11图2-2接箍部位动压力分布云图图2-3接箍部位的速度分布云图图2-4接箍部位的速度矢量图2.2.2液体流经倾斜管段时的流场分析本小节中仍然选取接箍内径为83.3mm，接箍长度为142.88mm，接箍上端管柱长度


本文编号：3408609