水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Ｎｅｓｗｔｏｎ迭代法,计算了斜直井段管柱螺肇屈曲临界力、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。     

大位移井套管下入摩阻预测新方法

以往大位移井的套管柱摩阻计算没有考虑波动压力的影响,现在考虑波动压力影响的基础上优化了套管柱的摩阻计算模型,并以西江大位移井A22井为例定量计算了套管下入过程的摩阻。计算结果表明考虑波动压力的套管摩阻预测值比不考虑时更符合实测值,考虑波动压力的摩阻预测模型更适合作为指导套管下入的依据。另外在套管下入摩阻较大的关键井段,考虑波动压力的摩阻预测值比实测值仍然偏小,但偏小值在可控范围内,这可能是由于摩擦系数不合理或者井壁不光滑所致,需要进一步研究。     

大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用

通过对井眼内安装扶正器和未安装扶正器套管柱的受力与变形进行分析，推导出大位移井中套管柱的摩阻计算模型，并用Ⅶ语言编写了相应的计算程序，用来预测套管下入过程中的大钩载荷和摩阻。对水平位移超过3000m的大位移井——埕北21-平1井，用所编写的程序计算了完井套管柱下入过程中的大钩载荷和摩阻，并与实测值进行了对比，计算结果与实测结果吻合较好。     

大斜度井作业管柱屈曲后摩阻模型的修正

作业管柱发生屈曲后,改变了与井壁的接触状态,同时改变了接触载荷的大小。一般情况下,由于屈曲作用,增大了作业管柱与套管之间的接触力,从而增大了摩阻。当管柱发生屈曲后,若还采用原有的摩阻模型进行计算,必将导致较大的误差。     

大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用

通过对井眼内安装扶正器和未安装扶正器套管柱的受力与变形进行分析 ,推导出大位移井中套管柱的摩阻计算模型 ,并用VB语言编写了相应的计算程序 ,用来预测套管下入过程中的大钩载荷和摩阻。对水平位移超过30 0 0m的大位移井埕北 2 1-平 1井 ,用所编写的程序计算了完井套管柱下入过程中的大钩载荷和摩阻 ,并与实测值进行了对比 ,计算结果与实测结果吻合较好。     

注水管柱下放摩阻计算

注水管柱能否靠自重下放到井底是一个十分重要的技术问题。考虑管柱与井壁的初始间隙和随机接触摩擦阻力,建立了注水管柱力分析模型,采用多向接触摩擦间隙元理论对该模型进行了接触非线性力学分析。经大庆油田3口井的计算分析表明,注水管柱最大累计摩阻为0.74 kN,靠管柱自重完全可以下放到井底。     

富县浅层水平井钻柱摩阻影响因素分析

目前,大位移水平井、丛式井、分支井等特殊结构井在各个油田已普遍应用,成为提高采收率最直接有效的方法,因此对特殊结构井的研究也不断深入,特别是钻柱摩阻问题已成为长水平段顺利延伸的主要研究问题之一。对于陕北富县区块,由于储层埋深浅,施工水平井存在诸多困难,因此从加重钻杆放置角度、钻具组合、钻柱屈曲等影响摩阻因素出发,结合FZF47P1井设计施工情况,对钻柱进行摩阻受力分析,获取浅层水平井钻柱摩阻规律。为今后鄂南浅层水平井施工提供参考,同时也为后期压裂、采油施工提供指导和依据。     

基于动态摩阻的大落差输油管道 不稳定流动模拟

大落差输油管道高程起伏大,压力波动大,易由停泵、关阀等工况引发不稳定流动,导致管道局部压力降低和油品气化,引发弥合水击等现象。为准确预测大落差管道不稳定中流动压力、流量的变化,基于连续性方程、动量方程和能量方程,建立了大落差管道不稳定流动分析模型;结合Brunone-Vitkovsky动态摩阻模型,描述不稳定流动过程中的液体惯性加速带来的附加摩阻损失;采用特征线法和有限差分法求解模型。以某大落差管道中间泵站停泵工况为例,分析基于稳态摩阻与动态摩阻仿真的管道不稳定流动特征。结果表明：在稳定流动工况下,基于稳态摩阻和动态摩阻计算的管道压力、流量参数是一致的,但是在不稳定流动条件下基于动态摩阻计算的压力、流量比稳态摩阻模型值偏低。因此,基于动态模拟方法分析大落差输油管道的不稳定流动,对于提高管道压力、流量等工艺参数的预测精度,制定更加有效的不稳定流动安全防护措施具有重要意义。     

水平圆管超临界二氧化碳摩阻试验研究

结合超临界二氧化碳流体性质,研制了一套超临界二氧化碳在水平圆管摩阻测试装置;并进行了超临界二氧化碳摩阻变化规律实验。实验结果表明:随着剪切速率的增大,SC-CO_2的摩阻逐渐升高;随着温度的升高,同一剪切速率下,SC-CO_2的摩阻逐渐降低;SC-CO_2的管内摩阻明显低于清水;且温度越高、剪切速率越大,摩阻差值越大;在SC-CO_2中加入添加剂可提高SC-CO_2的黏度,其摩阻比纯SC-CO_2高。     

大斜度井中套管磨损机理研究

针对套管在大斜度井中的磨损失效,首先开展了套管的磨损实验研究,根据Dawson 和White 提出的基于能 量损失的线性磨损模型以及本文的实验数据,获得了钻杆接头与套管的磨损系数。建立了钻杆接头与套管磨损机理 研究的有限元模型,通过任意拉格朗日欧拉自适应网格划分,在数值模拟过程中可以对套管磨损的节点进行“实时 调整”,并对网格单元做光滑处理,不断更新钻柱接头与套管的接触关系,对钻进过程中套管磨损机理进行了研究。在 磨损后套管结构形状研究的基础上,开展了套管剩余抗挤强度的数值模拟研究,得到了套管的最大磨损深度随时间的 变化关系,建立了套管剩余抗挤强度与最大磨损深度的关系,进而可以预测套管在某一累积磨损时间内套管的最大磨 损深度和套管的剩余强度,为磨损套管的安全性评价提供了理论依据。     

多扶正器套管串在弯曲井段下套中的摩阻分析

在塞平－１井固井工艺设计中，为提高固井质量，大斜度进段和水平段采用了多扶正器套管串结构．多扶正器套管串在弯曲井眼的下套过程中，一方面由于井眼的空间弯曲，另一方面由于扶正器的存在增加了套管串的刚度，会使套管串在弯曲井段内所受的井壁支持力和摩阻升高，容易发生硬卡和自锁，增加了下会难度．本文针对这一问题，从力学理论出发，研究了多扶正器套管串在弯曲并段下套过程中的摩阻，给出了由于井眼弯曲造成的附加支持力和附加摩阻计算公式，并采用这些公式对塞平－１井１３９６ｍ～１４７６ｍ弯曲并段内扶正器套管串和摩阻进行了理论预测，该预测结果与后来的实测资料较一致．文中还从强度、刚度、固并质量、预防硬卡和自锁等方面综合考虑，对塞平－１井弯曲井段多扶正器套管串结构的适配性进行了理论分析，提出了套管、扶正器选型和合理搭配的建议，为套管器结构设计提供了理论依据．     

横向纤维搭桥下的脱层屈曲数值模拟

基于结构屈曲分析的ANSYS有限元法,在考虑横向纤维搭桥影响下,对矩形薄板的脱层屈曲进行数值模拟.结果表明：考虑纤维搭桥时,结构脱层屈曲的临界载荷大幅度提高;脱层后,屈曲模态将发生扩展并产生多个半波模态;随着约束刚度不断增大,脱层屈曲区域逐渐减小,局部屈曲的范围逐渐靠近受载端,且脱层屈曲的特征长度（半波波长）随之减小,而临界载荷值增大.     

冷轧带钢整体和局部屈曲及后屈曲的有限元分析

采用通用的有限元分析软件ＡＮＳＹＳ,建立了冷轧宽薄板二维有限元模型,分析计算在不同应力形式下,不同宽厚比的带材屈曲失稳特性及后屈曲变形路径,基于该计算结果建立的板形控制目标已在现场调试通过,实践证明它的效果良好。     

基于接触摩擦的多片式钢板弹簧悬架预应力的计算

采用基于接触摩擦的有限元方法,在Ansys中使用面-面接触单元建立钢板弹簧有限元模型.对一组多片式钢板弹簧悬架进行预应力的计算,并与用传统预应力计算方法得到的结果和行业推荐值进行比较分析,证明新的方法更能反映簧片实际的受力情况.由此对簧片的自由曲率半径和自由弧高进行修正,既能满足设计要求,又能提高整副钢板弹簧的使用寿命.     

三维摩擦接触分析及其在车架有限元分析中的应用

推导了三维应力状态下的接触算法、利用该算法对载重车的铆接车架进行了有限元分析和计算，该算法得出的计算结果相对于以往传统的有限元分析方法所得出的计算结果更为接近实际情况，为铆接车架的设计提供了一种新的计算方法．     

横向纤维搭桥下矩形脱层热屈曲数值模拟

基于板的小挠度理论以及热屈曲分析的ANSYS有限元法,考虑横向纤维搭桥的作用,对矩形薄板的脱层热屈曲进行数值模拟.有限元分析结果表明,随着纤维搭桥刚度的提高,热屈曲的临界屈曲温度随之增大,脱层屈曲区域逐渐减小.通过数值模拟的结果,能为工程结构中热屈曲问题提供参考.     

长钢顶管稳定特性的有限元分析

随着钢顶管直径和顶进距离的不断增大,复杂受力条件下的钢顶管屈曲破坏成为了施工过程中的工程隐患.通过简化长径比超过100的钢顶管受力模型,探讨了长钢顶管稳定特性有限元分析方法.首先进行钢顶管管道的特征值屈曲计算,得到管道的一阶屈曲模态.再将一阶模态作为初始缺陷引入到钢管,进行弹塑性屈曲极限分析.通过算例分析了钢顶管在各种基本荷载及不同组合荷载下的屈曲模态,并探讨了其弹塑性稳定极限荷载的变化规律.分析结果反映了钢顶管屈曲工程案例现象,并建议通过控制注浆效果和顶进措施来提高管道的稳定安全性,对于高围压下的钢顶管尤其需要注重顶力控制.     

机织物悬垂屈曲的数值模拟

开发虚拟服装试衣系统需模拟织物的悬垂和屈曲，而采用正交异性力学模型不适合织物．为此，笔者基于织物的细观力学模型，用有限元方法来模拟方形织物片铺在圆桌面上的悬垂和屈曲，该细观模型描述了织物由于其细观编织结构而特有的力学性质．织物片用8结点壳单元离散，这种壳单元被特别设计，能描述织物片在悬垂中发生的大转动．对织物片的屈曲模态进行了分析，对其后屈曲变形进行了计算，也进行了方形织物片的悬垂和屈曲实验．模拟结果和实验的观测结果很一致．该研究为虚拟服装试衣系统的开发奠定了基础．