连续油管在水平井中的稳定性分析

考虑端部约束条件，建立了连续油管在水平井中的稳定性方程。用差分法求解这个方程，得到了连续油管的临界失稳载荷。讨论了井斜角、环空间隙、管柱长度和摩擦系数对连续油管在水平井中稳定性的影响。在水平井眼中，随着连续油管长度的增加，其临界失稳载荷趋于一个常数。井斜角越大或环空间隙越小，管柱越不易失稳。摩擦系数的改变对临界失稳载荷的影响不大     

连续油管在水平井中的稳定性分析

考虑端部约束条件,建立了连续油管在水平井中的稳定性方程。用差分法求解个这方程,得到了连续油管的临界失稳载荷。讨论了井斜角,环空间隙,管柱长度和摩擦系数对连续油管在水平井中稳定性的影响。在水平井眼中,随着连续油管长度的增加,其临界失稳载荷趋于一个常数。     

考虑摩擦时水平井钻柱的稳定性分析

分析摩擦对水平井钻柱稳定性的影响对于水平钻井作业的顺利进行是非常重要的．本文首先根据钻柱在水平井眼中的变形几何方程和静力平衡方程导出了钻柱的屈曲方程．通过线性化方程的小参数摄动解，讨论了不同边界条件下钻柱在水平并眼中的临界失稳载荷．绘制了不同摩擦系数（ｖ）下，无因次临界载荷（βｏｍ）与无因次长度（αＬ）之间的关系曲线；以及无因次钻压βＬ与临界无因次长度αＬＣ之间的关系曲线．本文的结果和有关的曲线可为水平井钻柱的稳定性计算和设计提供理论基础．     

含端部弹性约束和铰支约束压杆的稳定性问题研究

弹性压杆在工程中有广泛应用,压杆的失稳问题是压杆失效的重要原因之一,是压杆可靠性优化设计中需要重点关注的问题,临界载荷的计算方法和表达式是数学建模和优化的基础.本文针对含端部弹性约束和铰链支撑约束压杆的临界失稳问题进行探讨,提出了解析分析方法,得到的结果当弹性约束刚度系数分别为无穷大和零时,将分别简化为一端固定一端铰支和两端铰支的压杆临界失稳载荷计算结果,本文的分析方法和结论对含多个弹性约束的压杆失稳问题研究都有一定的参考意义.     

轴向受压光热敏感凝胶杆屈曲失稳分析

当压缩载荷达到失稳临界值时轴向受压细长杆将发生屈曲失稳,从而影响系统的正常运作。为分析光热敏感细长凝胶直杆轴向受压的稳定性问题,通过光热敏感凝胶大变形理论和铁木辛柯弹性稳定理论研究了环境温度、光强对不同长细比凝胶杆屈曲行为的影响。结果表明:化学势、光强和温度对光热敏感凝胶压杆的增量模量具有显著影响;溶液化学势越低、辐射光光强越弱、温度越低,光热敏感凝胶压杆的增量模量越高;光热敏感凝胶杆轴向受压时存在临界长细比,只有当长细比大于该临界值时凝胶压杆才会发生屈曲失稳;临界长细比受光强和温度影响显著,光强越强、温度越高时,临界长细比越大;当长细比大于临界值时,光强越强、温度越高则使凝胶杆发生屈曲的临界应力越大。     

管柱在垂直井眼中的屈曲分析

本文导出的管柱在垂直井眼中的屈曲方程是一个含有小参数ε的四阶非线性微分方程．当ε取不同值时，屈曲方程有３种不同形式的解．当ε＞εｃ时，杆柱保持其稳定状态，屈曲方程没有非零解．当εｍ＜ε≤εｃ时，管柱发生拟正弦（平面）屈曲．当ε≤εｍ时，管柱发生螺旋屈曲、本文求得了屈曲方程的渐近解，并进而给出了发生螺旋屈曲的临界载荷和ε的临界值。并对螺旋屈曲后管柱承受的弯矩、井壁的侧向正压力以及管柱的纵向位移等进行了分析．     

水平井眼中管柱变形方程的实验仿真

以已有的三维井眼中管柱正弦屈曲和螺旋屈曲行为分析模型软件为基础，根据物理相似原理，设计了井眼中管柱屈曲变形的小尺寸模拟实验装置．通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力β、无因交摩擦及数γl和无因次轴力分布系数γ2的值，利用该装置对管柱在水平井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行模拟实验．试验结果表明：粘压传递、位移与载荷的实验结果与理论计算值之间的最大差值不超过10％，临界屈曲载荷的理论值与实验值之差不超过6％．本文的结果可为修正理论模型提供指导，使理论模型能更好地指导现场的油井管柱施工作业．     

限制失稳杆的后屈曲分析

按照不同的接触状态对杆的后屈曲性能分阶段分析.将任意两相邻接触点之间的杆分别作为研究对象.基于小变形假设,采用点接触、线接触模型,建立了通用的力学分析模型,导出了杆在不同后屈曲模态、不同接触状态下的平衡方程.通过求解平衡方程,建立了不同屈曲模态下,轴向载荷和杆、限制失稳构件之间接触状态的关系,得到了接触状态和后屈曲模态发生过渡的临界载荷条件.结果表明,当不同分段的长度相等时,将会发生后屈曲模态的过渡.与不受约束的欧拉失稳相比,杆的限制失稳过程具有丰富的分叉点.     

弹性约束下非保守截面杆的稳定性分析

采用Ｌａｇｒａｎｇｅ插值多项式处理复杂边界条件和递推的有限差分方法，有效地分析了端部具有集中块和弹性约束的任意截面直杆，在任意分布的切向随从力作用下的动态特性和稳定性，进一步讨论了弹性约束，楔形比，集中块的质量和转动惯量对杆的失稳形式和临界载荷的影响。     

柱式弹性体的端面载荷分布和结构尺寸对端部效应的影响规律

以长径比1.0的柱式弹性体为研究对象,基于弹性力学理论研究其受载分布和结构尺寸对端部效应的影响. 结果表明：非均匀载荷分布的一端,端部效应变化更剧烈;而均匀载荷分布的一端,随着长径比的增大,端部效应受到端面载荷分布的影响越小. 此外,端部效应对小尺寸弹性体十分敏感,但当尺寸增大超过3.5倍时,通过抑制端部效应的效果迅速消失. 研究结果为柱式负荷传感器的设计提供理论指导依据.     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Newton迭代法 ,计算了斜直井段管柱螺旋屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响 ,提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明 ,当轴向压力较小时 ,钻杆接头引起钻柱弯曲应力 ;当轴向压力较大时 ,接头会抑制螺旋屈曲的发生 ,降低钻柱的弯曲应力。另外 ,给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。     

水平井眼中管柱变形方程的实验仿真

以已有的三维井眼中管柱正弦屈曲和螺旋屈曲行为分析模型软件为基础 ,根据物理相似原理 ,设计了井眼中管柱屈曲变形的小尺寸模拟实验装置 .通过改变管柱变形微分方程中包含的无因次轴力 β、无因交摩擦及数 γ1和无因次轴力分布系数 γ2 的值 ,利用该装置对管柱在水平井中的临界载荷、载荷传递效率、变形效应等进行模拟实验 .试验结果表明 :钻压传递、位移与载荷的实验结果与理论计算值之间的最大差值不超过 1 0 % ,临界屈曲载荷的理论值与实验值之差不超过 6% .本文的结果可为修正理论模型提供指导 ,使理论模型能更好地指导现场的油井管柱施工作业     

钻柱失稳的准螺旋模型研究

建立了钻柱失稳的准螺旋模型,并用能量法推导出水平段和弯曲段钻柱的准螺旋失稳临界屈曲载荷,给出了水平段钻柱失稳后的摩阻力计算公式。计算结果表明,钻柱的准螺旋失稳临界载荷小于其完全螺旋失稳临界载荷。弯曲段井壁的约束增大了该段钻柱的刚度,因此,弯曲段钻柱的临界失稳载荷大于水平段的相应载荷值。室内模拟实验研究表明,准螺旋模型计算值与实验值较为接近,计算结果可供实际钻井作业参考。     

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一，传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此，提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺，结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况，首先，提出了基于“铝合金+碳钢”的多材质复合管柱组合及设计方法；其次，开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价，并优选出了适合于“铝合金+碳钢”多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型；最后，研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法，并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用，进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。     

复杂力学环境中完井管柱屈曲行为及其防控措施

复杂力学环境中完井管柱由于处于超高温、高压的环境下,容易发生管柱屈曲,大大影响了管柱的服役寿命.基于弹塑性力学理论建立了实际井况下油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并在此基础上分析了复杂力学工况下管柱的屈曲形态、横向位移等,再针对加扶正器、优化产量以及伸缩管的设计等缓解管柱屈曲措施对管柱屈曲行为的影响程度开展了研究.结果 发现:在苛刻工况下,油管柱底部易发生较为复杂的屈曲,从井深5 500 ～7 300 m井段的油管柱产生了螺旋屈曲的构型,整段屈曲段长达2 400 m;本文工况下,伸缩短节数达到6个后,全井段油管柱的屈曲段长度和管柱弯曲应力的减小速率大幅降低,伸缩短节的个数对管柱屈曲及弯曲应力影响大幅减弱.对于复杂环境下气井工况而言,控制产量对管柱屈曲行为改善最为明显,其次为扶正器设计,为提高油管柱寿命及气井完整性提供了技术支撑.     

桩腿变化对装配式高架栈桥静力特性的影响

为了分析桩腿长度对装配式高架栈桥桩腿屈曲和静力特性的影响,在静载作用下计算了不同桩腿长度的装配式高架栈桥的上部结构挠度值和下部桩腿应力值,并分析了桩腿长度变化对栈桥桩腿轴力、平台挠度和桩腿屈曲的影响。计算结果表明,桩腿长8m及以下的装配式高架栈桥,在设计荷载静载作用下,上部结构挠度值和下部桩腿应力值的计算结果在工程允许范围内。桩腿长度变化对上部结构的挠度值和桩腿的轴力影响较小,而对装配式高架栈桥的桩腿的屈曲破坏临界荷载影响较大,尤其是当桩腿长大于5m后,桩腿的屈曲破坏临界荷载急剧下降。装配式高架栈桥在设计200kN轮式荷载和300kN履带荷载作用下会发生桩腿屈曲破坏的桩腿临界长度分别为6.95m和7.63m。     

具脱层复合材料层合圆柱壳的屈曲分析

研究了具有环向贯穿脱层圆柱壳的屈曲问题．首先基于Donnell薄壳理论和初始后屈曲理论的相邻平衡准则,建立了复合材料脱层圆柱壳的屈曲微分方程以及相应的边界条件、位移连续条件和力平衡条件．然后采用分离变量法对方程求解,讨论了脱层大小、深度、位置以及复合材料纤维铺层方向对脱层圆柱壳屈曲载荷的影响．结果表明：脱层长度越大、越靠近壳的外表和壳的轴向中心,结构的屈曲载荷越低;另外,对复合材料脱层壳而言,纤维铺层方向对结构屈曲载荷的影响也较大．     

考虑扭矩影响的弯曲井眼内钻柱屈曲特性分析

分析了弯曲井眼内钻柱屈曲特性,推导了考虑扭矩影响下的弯曲井眼内钻柱屈曲微分方程和屈曲临界载荷计算模型。针对ϕ215.9 mm井眼内的ϕ127.0 mm钻杆,建立了增斜和降斜井段钻柱的有限元模型,对比分析了考虑和不考虑扭矩影响时的钻柱屈曲特性。结果表明,钻柱正弦屈曲构型与扭矩无关,而只与钻柱所受轴向载荷有关,扭矩对螺旋屈曲构型影响较大。数值模拟得到的弯曲井段不同造斜率下的钻柱屈曲临界载荷与解析解的相对误差在15%以内,证明了数值模拟的可靠性。弯曲井眼内施加扭矩后,螺旋角位移增大,正弦和螺旋屈曲临界载荷降低。钻柱正弦屈曲形态变化较小,扭矩对螺旋屈曲变形的影响更大。增斜井段钻柱从顶部开始发生正弦和螺旋屈曲,钻柱底部保持平衡状态;在降斜井段,不考虑扭矩时,初始正弦和螺旋屈曲均首先出现在钻柱下部,考虑扭矩影响时,降斜段初始正弦屈曲出现在钻柱上部,初始螺旋屈曲同时出现在钻柱上部和下部。相对于增斜段,降斜段钻柱屈曲临界轴向载荷非常小,说明增斜井段发生屈曲的可能性相对较小,降斜井段则很容易发生屈曲。结果有望为水平井、大位移井弯曲井眼内钻柱设计、屈曲控制与强度校核提供参考。