振動(dòng)固井工程中利用激振器對(duì)套管柱進(jìn)行激勵(lì)使其達(dá)到共振效果,以此來(lái)提高固井質(zhì)量,這就需要對(duì)套管柱-鉆井液-水泥漿耦合系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)和振動(dòng)特性分析。針對(duì)這一問題,建立了套管柱-鉆井液-水泥漿流固耦合模型,利用有限元分析軟件ANSYS Workbench進(jìn)行模態(tài)分析和振動(dòng)響應(yīng)分析,采用單因素分析法對(duì)其固有頻率影響因素進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明:套管柱在流固耦合狀態(tài)下各階固有頻率低于無(wú)耦合時(shí)的情況,相同階數(shù)下,模態(tài)振型基本相似;耦合系統(tǒng)橫向振動(dòng)頻率隨長(zhǎng)度的增加而減小,隨鉆井液密度和水泥漿密度的變化較小,隨溫度的升高而降低;在較大激振力下,底端振幅較大。實(shí)際固井作業(yè)中,可以發(fā)揮大激振力和低頻組合方式產(chǎn)生的共振效果,來(lái)提高固井質(zhì)量。 

【文章來(lái)源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(30)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

套管柱-水泥漿-鉆井液系統(tǒng)示意圖

套管柱微段受力示意圖

在ANSYS WORKBENCH中建立套管柱的有限元模型,將鉆井液填充入套管柱,設(shè)置鉆井液外表面和管柱的內(nèi)表面為流固耦合交界面。對(duì)套管柱、鉆井液和水泥漿分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分,將套管柱的一端設(shè)置為固定約束,圖3為套管柱系統(tǒng)三維簡(jiǎn)化模型。在模態(tài)分析中,取單節(jié)套管的長(zhǎng)度為 10 m,套管的外徑D為139.7 mm,套管的內(nèi)徑d為124.3 mm,其材料的彈性模量(E)為2.05×1011 Pa,密度為7 850 kg/m3,泊松比為0.265。套管內(nèi)填充密度為1 200 kg/m的鉆井液,外部包裹密度為 1 870 kg/m 的水泥漿,厚度為76.3 mm。在無(wú)耦合狀態(tài)和流固耦合狀態(tài)下的各階模態(tài)頻率及在流固耦合狀態(tài)下理論計(jì)算與有限元計(jì)算得到的結(jié)果對(duì)比如表1所示。在流固耦合作用下各階固有頻率低于不考慮流固耦合的情況,并且低階模態(tài)頻率成對(duì)出現(xiàn),大小接近且振型相似;理論計(jì)算與有限元仿真的結(jié)果可以看出建立的模型是合理的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]套管柱在鉆井液-水泥漿耦合系統(tǒng)中振動(dòng)特性的數(shù)值模擬[J]. 王友文,袁進(jìn)平,王兆會(huì),王海柱,曲從鋒,王微.  西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(03)
[2]套管-水泥漿系統(tǒng)流固耦合振動(dòng)特性研究[J]. 任銳,姬麗臻,高德利,黃文君.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2017(04)
[3]電力振動(dòng)器激振作用下的套管串振動(dòng)特性[J]. 尹宜勇,蘇義腦,王兆會(huì).  天然氣工業(yè). 2017(05)
[4]振動(dòng)固井電力振動(dòng)器激振力和振幅分析[J]. 尹宜勇,劉碩瓊,王兆會(huì).  石油鉆采工藝. 2016(03)
[5]超高密度水泥漿體系實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用[J]. 李光輝.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2016(11)
[6]動(dòng)態(tài)振動(dòng)固井技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J]. 王恩合,王學(xué)良,王學(xué)成,陳杰,王雪梅.  石油鉆探技術(shù). 2011(04)
[7]深井高溫對(duì)鉆柱橫向振動(dòng)固有頻率影響研究[J]. 李軍強(qiáng),史楠楠.  石油機(jī)械. 2006(06)
[8]國(guó)內(nèi)外振動(dòng)固井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 韓玉安,孫艷龍,王洪潮,王軼軍.  鉆采工藝. 2000(04)
[9]振動(dòng)固井技術(shù)在遼河油田的試驗(yàn)應(yīng)用[J]. 韓崇福,田錫君,王冠軍.  石油鉆采工藝. 1999(04)
[10]井下溫度對(duì)鉆柱橫向振動(dòng)固有頻率的影響[J]. 屈展.  石油機(jī)械. 1997(08)



本文編號(hào)：3620285