套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统横向振动特性分析

发布时间：2022-02-11 12:31

　　振动固井工程中利用激振器对套管柱进行激励使其达到共振效果,以此来提高固井质量,这就需要对套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统进行模态和振动特性分析。针对这一问题,建立了套管柱-钻井液-水泥浆流固耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态分析和振动响应分析,采用单因素分析法对其固有频率影响因素进行仿真分析。结果表明:套管柱在流固耦合状态下各阶固有频率低于无耦合时的情况,相同阶数下,模态振型基本相似;耦合系统横向振动频率随长度的增加而减小,随钻井液密度和水泥浆密度的变化较小,随温度的升高而降低;在较大激振力下,底端振幅较大。实际固井作业中,可以发挥大激振力和低频组合方式产生的共振效果,来提高固井质量。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(30)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

套管柱-水泥浆-钻井液系统示意图

套管柱微段受力示意图

在ANSYS WORKBENCH中建立套管柱的有限元模型,将钻井液填充入套管柱,设置钻井液外表面和管柱的内表面为流固耦合交界面。对套管柱、钻井液和水泥浆分别进行网格划分,将套管柱的一端设置为固定约束,图3为套管柱系统三维简化模型。在模态分析中,取单节套管的长度为 10 m,套管的外径D为139.7 mm,套管的内径d为124.3 mm,其材料的弹性模量(E)为2.05×1011 Pa,密度为7 850 kg/m3,泊松比为0.265。套管内填充密度为1 200 kg/m的钻井液,外部包裹密度为 1 870 kg/m 的水泥浆,厚度为76.3 mm。在无耦合状态和流固耦合状态下的各阶模态频率及在流固耦合状态下理论计算与有限元计算得到的结果对比如表1所示。在流固耦合作用下各阶固有频率低于不考虑流固耦合的情况,并且低阶模态频率成对出现,大小接近且振型相似;理论计算与有限元仿真的结果可以看出建立的模型是合理的。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3620285