振動固井工程中利用激振器對套管柱進行激勵使其達到共振效果,以此來提高固井質(zhì)量,這就需要對套管柱-鉆井液-水泥漿耦合系統(tǒng)進行模態(tài)和振動特性分析。針對這一問題,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進行模態(tài)分析和振動響應(yīng)分析,采用單因素分析法對其固有頻率影響因素進行仿真分析。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耦合時的情況,相同階數(shù)下,模態(tài)振型基本相似;耦合系統(tǒng)橫向振動頻率隨長度的增加而減小,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,來提高固井質(zhì)量。 

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

【文章頁數(shù)】：6 頁

【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。對套管柱、鉆井液和水泥漿分別進行網(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)三維簡化模型。在模態(tài)分析中,取單節(jié)套管的長度為 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)下理論計算與有限元計算得到的結(jié)果對比如表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)頻率成對出現(xiàn),大小接近且振型相似;理論計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】：
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本文編號：3620285