本文關鍵詞：連續(xù)油管力學特性分析與疲勞壽命研究

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【摘要】：本文是在川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司《連續(xù)油管作業(yè)優(yōu)化決策系統(tǒng)軟件數(shù)學模型建立與求解模塊研究》科研項目的資助下完成的,本文屬于該項目的部分研究內(nèi)容。隨著連續(xù)油管(CT)技術和鉆井技術的發(fā)展,近年來該技術已經(jīng)成為國外鉆井技術的熱點。研究、開發(fā)以及推廣連續(xù)油管作業(yè)技術對石油勘探開發(fā)具有重要的意義。本文重點對連續(xù)油管屈曲及軸向載荷傳輸、力學強度及工作疲勞壽命進行分析,完成工作或取得的成果如下：(1)通過對比能量法所推導出的連續(xù)油管變形微分方程與根據(jù)靜力平衡法所推導的連續(xù)油管的變形微分方程結(jié)果,發(fā)現(xiàn)兩者結(jié)果相同,證明了變形微分方程的合理性。分別對處于斜井段、垂直井段的連續(xù)油管進行臨界屈曲載荷分析,得到連續(xù)油管的臨界屈曲載荷。(2)建立了連續(xù)油管屈曲力學特性計算、強度計算、伸長量計算、卡點計算的數(shù)學模型以及連續(xù)油管強度數(shù)據(jù)庫,與此同時,基于連續(xù)油管的危險點應力、等效應力以及其疲勞失效準則,建立了連續(xù)油管疲勞壽命預測模型,為連續(xù)油管力學強度分析軟件開發(fā)提供了數(shù)學模型和數(shù)據(jù)庫。(3)建立了連續(xù)油管力學數(shù)學模型的求解和算法,開展了連續(xù)油管作業(yè)管柱屈曲及軸向載荷分析、連續(xù)油管作業(yè)起下過程中各點受力以及關鍵節(jié)點連續(xù)油管軸向載荷、連續(xù)油管抗內(nèi)壓強度分析及擠毀壓力計算、連續(xù)油管螺旋鎖定的判定模型研究,建立了連續(xù)油管疲勞壽命預測模型。(4)基于本文建立的連續(xù)油管管柱力學模型與疲勞壽命預測數(shù)學模型為基礎,開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的連續(xù)油管力學分析軟件。該軟件可以直觀判斷連續(xù)油管在不同井段的屈曲形式,計算連續(xù)油管的擠毀屈曲載荷,并對連續(xù)油管的疲勞壽命的進行預測分析。(5)本文開發(fā)的軟件得到了現(xiàn)場應用、測試和完善,完成了威遠H3-1、白淺203-H1等14口井的軟件測試計算,計算結(jié)果與現(xiàn)場實際施工工況結(jié)果符合率達到92%以上,能夠有效指導連續(xù)油管施工。
【關鍵詞】：連續(xù)油管 屈曲分析 力學特性 疲勞壽命 軟件開發(fā)
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE931.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 研究的目的與意義8
• 1.2 連續(xù)油管發(fā)展概況8-12
• 1.2.1 國外發(fā)展概況9-11
• 1.2.2 國內(nèi)應用概況11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向12-15
• 1.3.1 連續(xù)油管屈曲力學國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 連續(xù)油管疲勞壽命國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.3 存在的問題15
• 1.4 本文的研究思路和主要內(nèi)容15-18
• 第2章 連續(xù)油管屈曲力學特性分析18-35
• 2.1 靜力平衡法分析連續(xù)油管井下狀態(tài)18-23
• 2.1.1 連續(xù)油管柱在三維井眼中的力學描述18-19
• 2.1.2 連續(xù)油管微元體受力分析19-20
• 2.1.3 連續(xù)油管微元體靜力平衡方程20-21
• 2.1.4 連續(xù)油管微元體物理方程21-22
• 2.1.5 連續(xù)油管變形微分方程22-23
• 2.2 能量法分析連續(xù)油管井下狀態(tài)23-26
• 2.2.1 連續(xù)油管彎曲變形能及其變分23-24
• 2.2.2 連續(xù)油管外力功及其變分24-25
• 2.2.3 最小勢能原理及連續(xù)油管變形微分方程的導出25-26
• 2.3 直井段連續(xù)油管屈曲分析26-29
• 2.3.1 臨界屈曲載荷26-27
• 2.3.2 接觸載荷27-29
• 2.4 斜直井段臨界屈曲分析29-34
• 2.4.1 臨界屈曲載荷29-32
• 2.4.2 接觸載荷32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 連續(xù)油管力學強度分析與數(shù)據(jù)庫建立35-54
• 3.1 地面設備參數(shù)設定35-36
• 3.2 連續(xù)油管的彎曲應力分析36-39
• 3.2.1 連續(xù)油管卷繞時的彎曲分析36-38
• 3.2.2 連續(xù)油管在井口處的壓曲分析38-39
• 3.3 連續(xù)油管內(nèi)屈服壓力/擠毀壓力計算39-44
• 3.3.1 連續(xù)油管屈服判斷依據(jù)39-40
• 3.3.2 連續(xù)油管抗內(nèi)壓(破裂壓力)分析40
• 3.3.3 連續(xù)油管抗外擠(擠毀壓力)分析40-41
• 3.3.3.1 理想圓管的擠毀壓力40-41
• 3.3.3.2 橢圓截面管擠毀壓力41
• 3.3.4 非API油管強度計算數(shù)學模型41-43
• 3.3.5 三軸應力分析43-44
• 3.4 連續(xù)油管伸長量計算數(shù)學模型44-46
• 3.4.1 由軸向力引起的伸長量44-45
• 3.4.2 溫度變化引起的伸長量45
• 3.4.3 泊松比引起的伸長量45-46
• 3.5 連續(xù)油管卡點位置計算46-47
• 3.6 連續(xù)油管基本技術參數(shù)數(shù)據(jù)庫建立47-53
• 3.7 本章小結(jié)53-54
• 第4章 連續(xù)油管疲勞壽命預測模型建立54-61
• 4.1 連續(xù)油管的失效形式54-55
• 4.2 連續(xù)油管多軸疲勞破壞準則55-57
• 4.2.1 基于應力的疲勞破壞準則55
• 4.2.2 基于應變的疲勞破壞準則55-56
• 4.2.3 基于循環(huán)塑性功的疲勞破壞準則56
• 4.2.4 基于臨界平面法的疲勞破壞準則56-57
• 4.3 連續(xù)油管疲勞壽命預測模型的建立57-60
• 4.3.1 連續(xù)油管的危險點應力分析57
• 4.3.2 等效應力公式的建立57-58
• 4.3.3 預測模型58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 軟件開發(fā)及其現(xiàn)場應用實例分析61-76
• 5.1 軟件簡介61-64
• 5.1.1 軟件功能設計62-63
• 5.1.2 編寫語言、環(huán)境、特點63
• 5.1.3 軟件的運行環(huán)境63
• 5.1.4 軟件優(yōu)勢63
• 5.1.5 軟件界面63-64
• 5.2 軟件應用實例分析64-75
• 5.2.1 垂直井算例65-70
• 5.2.2 斜直井算例70-72
• 5.2.3 白淺203-H1井實例分析72-75
• 5.3 本章小結(jié)75-76
• 第6章 結(jié)論76-77
• 附件77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-82
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文82

【參考文獻】

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本文編號：1125610