本文關(guān)鍵詞：鉆柱屈曲特性模擬及影響因素分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：受井眼約束鉆柱的屈曲行為,對(duì)鉆井諸多方面都有不良影響。鉆柱屈曲會(huì)引起鉆柱摩阻和扭矩的顯著增加,甚至使鉆柱“鎖死”,導(dǎo)致鉆壓傳遞困難、鉆柱疲勞破壞等井下復(fù)雜情況。特別是隨著水平井、大位移井、多分支井的推廣應(yīng)用,受井眼約束的鉆柱屈曲問題研究的重要性更加突出,而對(duì)鉆柱屈曲影響因素的分析研究已成為目前鉆柱優(yōu)化設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)問題。本文采用能量法推導(dǎo)了不同井段鉆柱屈曲臨界載荷計(jì)算模型,針對(duì)Φ215.9mm井眼,實(shí)例分析了不同鉆柱尺寸、井斜角、井眼曲率對(duì)鉆柱臨界屈曲載荷的影響。在斜直井段,鉆柱臨界屈曲載荷隨井斜角的增大呈非線性增加,直井段鉆柱臨界屈曲載荷最低,而水平井段中鉆柱躺在井眼低邊,屈曲穩(wěn)定性高于斜直井段鉆柱；彎曲井段中,井眼曲率是影響鉆柱屈曲的關(guān)鍵因素,增斜井段鉆柱臨界屈曲載荷隨著井眼曲率的增加而增加,而降斜井段,鉆柱臨界屈曲載荷隨著井眼曲率的增加而顯著減小基于靜力平衡法,考慮鉆柱自重和扭矩的影響,建立了鉆柱屈曲一般性微分方程,應(yīng)用屈曲構(gòu)型假設(shè)和伽遼金方法對(duì)屈曲微分方程求解,分析了不同井段扭矩對(duì)其屈曲構(gòu)型的影響。施加扭矩載荷后,對(duì)鉆柱正弦屈曲構(gòu)型影響不大,且對(duì)鉆柱正弦屈曲臨界載荷和接觸力影響較小。扭矩會(huì)對(duì)螺旋屈曲構(gòu)型函數(shù)有比較大的影響,進(jìn)而對(duì)鉆柱臨街螺旋屈曲載荷和接觸力有較大影響。采用非線性大變形理論,建立了鉆柱幾何非線性有限元鉆柱屈曲分析模型,模擬了考慮扭矩影響的鉆柱屈曲變化過程,分析了扭矩載荷對(duì)鉆柱屈曲的影響。模擬結(jié)果表明,斜直井段鉆柱首先從井底低邊開始正弦屈曲,隨著載荷繼續(xù)增大,底部開始變?yōu)槁菪?上段鉆柱開始發(fā)生正弦屈曲,直至整個(gè)鉆柱發(fā)生螺旋屈曲,正弦屈曲到螺旋屈曲是一個(gè)漸變的過程；增斜井段鉆柱從底部開始發(fā)生正弦屈曲,隨著軸向載荷增加,從底端局部地方開始發(fā)生螺旋屈曲,上端依然保持初始狀態(tài)；在降斜井段,軸向載荷先將部分鉆柱推向井眼高邊,然后從底端開始發(fā)生屈曲,隨后頂端也開始發(fā)生屈曲,鉆柱中部最后發(fā)生屈曲,降斜井段易發(fā)生屈曲。不同井段鉆柱施加扭矩載荷后,鉆柱正弦屈曲臨界載荷降低很小,正弦屈曲的變形狀態(tài)改變不大,扭矩對(duì)螺旋屈曲的臨界螺旋屈曲載荷影響較大,隨著扭矩的增大,鉆柱臨界螺旋屈曲載荷的降低程度越小。本文對(duì)比分析了鉆柱屈曲臨界載荷的解析結(jié)果和有限元模擬結(jié)果的差異,模擬結(jié)果與理論計(jì)算值誤差在10%左右,并且施加扭矩后,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差在15%以內(nèi),這說明采用非線性有限元分析方法確定鉆柱屈曲臨界載荷的方法是可行的。
【關(guān)鍵詞】：鉆柱 臨界屈曲載荷 屈曲影響因素 扭矩 非線性有限元
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE921.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 研究的目的意義8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況9-15
• 1.2.1 鉆柱屈曲分析研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.2 鉆柱屈曲影響因素分析現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究的主要內(nèi)容、方法和思路15-17
• 1.3.1 研究的主要內(nèi)容和方法15-16
• 1.3.2 研究思路16-17
• 第2章 鉆柱屈曲行為理論分析17-39
• 2.1 鉆柱屈曲微分方程17-20
• 2.1.1 坐標(biāo)系與幾何關(guān)系17-18
• 2.1.2 靜力平衡方程18-19
• 2.1.3 物理關(guān)系19
• 2.1.4 屈曲微分方程19-20
• 2.2 能量法求取臨界屈曲載荷20-33
• 2.2.1 垂直井段臨界屈曲載荷20-22
• 2.2.2 斜直井段臨界屈曲載荷22-26
• 2.2.3 彎曲井段臨界屈曲載荷26-31
• 2.2.4 降斜井段臨界屈曲載荷31-33
• 2.3 臨界屈曲載荷影響因素分析33-39
• 2.3.1 井斜角的影響33-34
• 2.3.2 造斜率的影響34-36
• 2.3.3 不同鉆柱尺寸的影響36-39
• 第3章 扭矩對(duì)鉆柱屈曲的影響分析39-60
• 3.1 斜直井眼中受壓扭鉆柱的屈曲的微分方程求解39-43
• 3.1.1 鉆柱正弦屈曲分析39-41
• 3.1.2 鉆柱螺旋屈曲分析41-43
• 3.2 水平井眼受壓扭鉆柱的屈曲微分方程43-48
• 3.2.1 靜力平衡法43-44
• 3.2.2 鉆柱正弦屈曲分析44-46
• 3.2.3 鉆柱螺旋屈曲分析46-48
• 3.3 彎曲井眼內(nèi)壓扭鉆柱的屈曲微分方程的求解48-53
• 3.3.1 鉆柱屈曲微分方程的建立48-51
• 3.3.2 鉆柱正弦屈曲分析51-52
• 3.3.3 鉆柱螺旋屈曲分析52-53
• 3.4 考慮扭矩的臨界屈曲載荷計(jì)算53-57
• 3.4.1 斜直井中的鉆柱屈曲載荷計(jì)算53-54
• 3.4.2 彎曲井中的鉆柱屈曲載荷計(jì)算54-57
• 3.5 扭矩對(duì)鉆柱臨界屈曲載荷影響計(jì)算與分析57-60
• 3.5.1 斜直井段算例分析57-58
• 3.5.2 增斜井段算例分析58-60
• 第4章 鉆柱屈曲分析有限元模型的建立60-70
• 4.1 大位移非線性單元受力與變形分析60-65
• 4.2 斜直井中鉆柱屈曲有限元分析模型65-67
• 4.2.1 斜直井中鉆柱屈曲有限元分析基本方程65-66
• 4.2.2 非線性準(zhǔn)靜態(tài)加載問題的有限元列式66-67
• 4.3 等曲率井中鉆柱屈曲有限元分析模型67-70
• 4.3.1 彎曲井眼中鉆柱屈曲有限元分析基本方程67-68
• 4.3.2 非線性準(zhǔn)靜態(tài)加載問題的有限元分析68-70
• 第5章 基于Abaqus的鉆柱非線性屈曲分析70-100
• 5.1 鉆柱屈曲有限元模型建立70-72
• 5.1.1 仿真環(huán)境簡(jiǎn)介70-71
• 5.1.2 模型基礎(chǔ)參數(shù)71-72
• 5.1.3 加載及屈曲分析步長(zhǎng)設(shè)置72
• 5.2 Φ215.9mm井眼鉆柱屈曲特性分析72-92
• 5.2.1 垂直井段模擬結(jié)果72-75
• 5.2.2 斜直井段模擬結(jié)果75-79
• 5.2.3 水平井段鉆柱屈曲模擬79-83
• 5.2.4 增斜井段模擬結(jié)果83-88
• 5.2.5 降斜井段模擬結(jié)果88-92
• 5.3 鉆柱屈曲有限元模擬結(jié)果與解析計(jì)算結(jié)果對(duì)比92-100
• 5.3.1 有限元結(jié)果與解析解的對(duì)比92-98
• 5.3.2 有限元結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比98-100
• 第6章 結(jié)論與建議100-102
• 6.1 結(jié)論100-101
• 6.2 建議101-102
• 致謝102-103
• 參考文獻(xiàn)103-106
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果106

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