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1、钻井用连续管的屈曲分析张辛1,徐兴平1,王龙庭2，王雷1（1.中国石油大学（华东）机电学院，山东东营，207061；2.胜利油田高原石油装备有限责任公司研发中心）摘要：连续管弯曲可能会出现在任何井段。但是，在不同的井段开始形成弯曲的临界压缩载荷不同。本文在总结国内外学者研究的基础上，以垂直井段为例，对已有公式的适用条件进行了探讨。采用能量守恒原理，对垂直井段的连续管进行临界屈曲载荷分析，得到连续管的临界屈曲载荷。利用拉格朗日乘子方法分别对管柱处于不同屈曲形式下进行管柱与套管壁的接触载荷计算。并对管柱的屈曲行为进行了ABAQUS计算机模拟分
2、析。关键词：连续管屈曲分析计算模型计算机模拟BucklingAnalysisofDrillingCoiledTubingZhangXin1,XuXingping1,WangLongting2,WangLei1(1.CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Dongying,Shandong,257061,China;2.ShengliOilfieldHighlandPetroleumEquipmentCo.,Ltd.R&Dcenter)Ab
3、stract:Thebendofcoiledtubingmayappearinanyholesection.However,thecriticalcompressiveloadisdifferentindifferentintervalwhenthebendisgenerated.Onthebaseoftheresearchofdomesticandforeignscholars,applicableconditionstotheexistedformulasareresearchedinthispaperwiththeexampleof
4、verticalinterval.Usingenergymethod,equationsarederivedtopredicttheaxialcompressionforcerequiredtoproducebucklinginverticalwells.UtilizingtheLagrangemultipliermethod,theunitlateralcontactforcecorrespondingtostraight,sinusoidal,andhelicalconfigurationsbetweenCTandcasingareo
5、btainedinvertical,inclined,andcurvedwells,respectively.ThebucklingofCTisalsodiscussedonthebasisofABAQUScomputersimulations.Keywords:CoiledtubingBucklinganalysisComputationmodelComputersimulation前言在连续管下入过程中，由于管柱本身重力的影响和管柱与井壁摩擦的影响，使得管柱在受压时由初始的近似直线状态变为曲线状态，这就是管柱的屈曲。连续管下井过程中可
6、能产生纵向弯曲变形和损坏[1]。当连续管入井时，为克服阻力要在地面对油管施加轴向压力。当连续管的首尾两端承受压力负荷时，其状况是一根无横向支撑的细长杆，压力超过临界负荷时，将造成油管的纵向屈曲。连续管首先变成在单一平面内波距不等的正弦波形，随着轴向压力的增加，正弦波形失稳，最后变成螺旋形。连续管弯曲成螺旋形，引起附加的径向接触力，使管子与井壁的摩擦力增加，轴向力越大其摩擦力越大[2]。在该点就形成了恶性循环，增加的任何附加力都将由于该点的磨擦而损失殆尽，连续管在井内的锁定就称螺旋锁定。连续管卷绕在卷筒上产生的塑性变形会永久残留在金属晶粒构
7、造内。甚至管被牵引链条拉直，它仍将长时间保留螺旋形，其螺距大约是一个卷筒卷绕长度，叫做“残余弯曲”[3]。“残余弯曲”加大了连续管纵向弯曲的敏感性。本文对连续管进行了临界屈曲载荷分析，得到了不同状态下的临界屈曲载荷，并对其进行了计算机模拟，为进一步研究连续管屈曲行为的发生条件提供理论依据。1临界屈曲载荷管柱在垂直井段很容易发生屈曲，简化其屈曲形式，即无屈曲-正弦屈曲-螺旋屈曲三种屈曲形式。不考虑自身重量的垂直管柱的临界弯曲载荷可以表示为：正弦屈曲：(1)螺旋屈曲：(2)实际上，管柱本身的重量是不能忽略的，尤其是管柱很长时，考虑管柱重量后，
8、上两式将不再适用。此处由虚功原理导出变分方程，进而由勃布诺夫-伽辽金法求解直井段内的临界屈曲载荷。由虚功原理可以得到勃布诺夫-伽辽金基本方程：(3)其中：，取，，将其代入式(3)中积分：(4)
