【摘要】：本文來源于塔里木油田合作項目——擬側鉆井側鉆可行性分析,用理論分析和ANSYS有限元仿真研究了未封固套管柱在井眼中的屈曲行為。當未封固套管柱發(fā)生屈曲時,套管沿著井壁彎曲,導致附加力和附加彎矩,若套管變形過大,會降低套管的抗破能力,削弱套管螺紋的聯(lián)接強度,研究未封固套管柱的屈曲變形對側鉆井的可行性具有重要的意義。 本文以未封固套管柱為研究對象,在考慮套管柱自重、套管內外流體壓力、井內溫度、套管柱與井壁之間的接觸力以及摩擦力的條件下,通過經典微分方程法和能量法推出了未封固套管柱在井眼中的屈曲微分方程。 (1)通過攝動法和能量法求解屈曲微分方程,對未封固套管柱正弦屈曲與螺旋屈曲兩種失穩(wěn)變形狀態(tài)進行了研究。得到了套管柱正弦屈曲和螺旋屈曲構型沿管柱變化的解析解,對相應屈曲微分方程進行數(shù)值計算,結果表明了屈曲微分方程的解析解與數(shù)值解一致。 (2)將屈曲微分方程無因次化,確定了正弦屈曲與螺旋屈曲的臨界載荷。并對未封固套管柱的載荷、應力和變形進行了分析,包括套管柱與井壁的接觸力、套管柱受到的軸向載荷、套管柱彎矩、套管變形等。 在理論分析的基礎上,通過參數(shù)化與命令流,使用有限元分析軟件ANSYS直接建立了在井眼中的未封固套管柱的有限元仿真模型,以及套管與接箍間的螺紋模型。 (1)對建立的未封固套管柱模型進行了靜力學分析和屈曲分析,分析了套管柱與井壁的接觸力和摩擦力以及套管的變形。 (2)與屈曲微分方程的解比較證實了本文模型及分析方法的合理性。 (3)對建立的螺紋模型進行了分析,適當?shù)慕佑|力有利于螺紋的密封,但是過大的接觸力會使螺紋從嚙合開始處發(fā)生脫扣,降低密封能力。
【圖文】：

對幾何模型進行網格劃分，采用四節(jié)點四邊形單元劃分套管和接箍木體，如圖5-15所示：圖5-15套管螺紋二維模型(4)建立接觸對在套管與接箱之間螺紋建立接觸，接觸單元選擇CONTA172，如圖5-16所示，ANSYS中CONTA172用來定義一個二維目標面(TARGE169)和一個可變形表面間的接觸和滑動單元。這個單元可以用于二維的結構、和z1合接觸分析，，當單元表面滲透到指定的目標面上時，接觸現(xiàn)象發(fā)生，庫倉應力和摩擦剪應力是允許的。圖5-16有限元接觸對模型(5)施加約束條件及載荷底端以及接箍外壁施加固定全約束，套管上端受軸向拉力1124KN,外側受井壁對套管的反力。69

根據(jù)圖5-18所示，螺紋牙喃合部位接觸應力分布不均R�，会臭溨局部絾靴应力过笖]植課唇喲サ那榭觶實鋇慕喲チτ欣諑菸頻拿芊�。根据�

本文編號：2572620