采氣作業(yè)時,高速流動的氣體會產(chǎn)生不穩(wěn)定的壓力脈動波,誘發(fā)管柱振動;管柱振動又反過來影響流體在管柱內(nèi)的運動特性,兩者相互作用,互相影響,產(chǎn)生流固耦合振動。當(dāng)氣體與管柱間的流固耦合振動劇烈時,可能會誘發(fā)管柱的疲勞破壞或泄露。因此,為保證采氣過程中管柱的完整性,開展了采氣管柱流固耦合振動機(jī)理和振動特性研究,具體包括以下研究內(nèi)容:考慮天然氣的可壓縮性,分析了氣體流動產(chǎn)生的渦旋現(xiàn)象對管柱振動的影響,考察了井筒的溫度場、壓力場以及氣體產(chǎn)量、工況對采氣管柱振動的影響,闡明了采氣管柱流固耦合振動機(jī)理。以直井為例,考慮氣體與管柱間的流固耦合作用,建立采氣管柱軸向、橫向振動方程,用特征線法、數(shù)值插值法和伽遼金法求解振動方程,并以3吋半油管為例定量分析了管柱的振動特性。另外,采用ANSYS Workbench有限元軟件進(jìn)行垂直管柱三維模型模態(tài)分析、對30°、60°、90°不同曲率的管柱進(jìn)行動力學(xué)分析,分析了是否考慮流固耦合作用對管柱模態(tài)的影響,考察了氣體的入口壓力對管柱振動的影響。研究表明:高速運動的流體會加劇采氣管柱的振動;工況改變的瞬間會使井口管柱軸向振動加劇;考慮流固耦合時采氣管柱的各階固有頻率降低,更易發(fā)生共振;管柱曲率越大,管柱內(nèi)氣液的脈動壓力變化越大,對管柱的沖擊力越大,管柱的振動越劇烈;相同入口壓力時,不同曲率的管柱軸向方向的位移最大,流體對管柱有“拉直”的效果。研究結(jié)果可為管柱組合、管材選擇、施工參數(shù)的選取提供參考。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE93
【部分圖文】：

主要考慮流體運動對管柱振動的影響和管柱振動對流體運動的影響。在掌握了采氣管柱流固耦合振動的機(jī)理基礎(chǔ)上根據(jù)流體力學(xué)、振動力學(xué)理論對采氣管柱進(jìn)行力學(xué)分析并建立軸向和橫向的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合算例具體分析管柱振動特性。再利用模擬軟件 ANSYWorkbench 建立管柱三維模型并分析其特性。綜合以上分析結(jié)果得到可供實際應(yīng)用的合理建議。

Pa； 表示假臨界壓力，Pa；T 表示為絕對溫度K。相對密度和狀態(tài)下假臨界壓力和假臨界溫度由不同的公式表準(zhǔn)狀態(tài)下的密度與計量狀態(tài)下的密度之比，用 表示。天然氣凝液前）然氣的相對密度 > 0.7時= 5102 689.48= 132 + 116.67然氣的相對密度 0.7時= 4778 248.21= 106 + 152.22天然氣凝液后）然氣的相對密度 > 0.7時= 4881 386.11= 92 + 176.67然氣的相對密度 0.7時= 4778 248.21= 92 + 176.67

圖 2-2 微元體溫度傳遞分析圖( ) = ( + ) + ( ) ( ) = ( ) 7.931 × 10 6.881 × 10 ) 7.931 × 10 6.881 × 10 = 21 + +ln( )2 ( ).128√(1 0.3√), 2 ( )063 + 0.5ln (1 + 0.6 ), 流體質(zhì)量流量； 表示流體定
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本文編號：2877467