压裂工况下管柱流固耦合振动特性分析.pdf

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1、目录分类号TE925.3学号152020362密级全日制专业学位硕士学位论文题目压裂工况下管柱流固耦合振动特性分析作者姓名黄宇曦导师姓名、职称曹银萍副教授学科(专业领域)名称机械工程提交论文日期称2018年5月30日1目录学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学

2、位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：____________日期：____________学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名：__________日期：__________导师签名：__________日期：__________·注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指

3、出（含解密年限等）。I中文摘要论文题目：压裂工况下管柱流固耦合振动特性分析专业：机械工程硕士生：黄宇曦(签名)导师：曹银萍(签名)摘要管柱在压裂过程中作为主要的承载构件与动力传递构件，需要承受自身重量、轴向力及内外流体的压力等多种载荷的共同作用。这些作用会使管柱产生振动。当压裂液高速流经管柱时，管柱会产生流固耦合振动，剧烈振动将导致管柱磨损与疲劳破坏，甚至发生井下事故。压裂过程中管柱的失效问题日益凸显，因此本文对压裂管柱的流固耦合振动进行了以下研究。首先讨论了压裂管柱的失效机理，并对压裂管柱接箍处的流场进行了分析。然后应用流体的运动方程、连续性方程和固体的振动方程、

4、本构方程推导了压裂管柱流固耦合振动方程，采用特征线法对所建立的方程组进行解耦，并通过空间插值法进行离散求解。对启停泵工况下的管柱及压裂液进行了动力学分析。最后，利用有限元软件模拟井下工况，对比了轴向力、内压以及有无流固耦合作用对管柱固有频率和模态振型的影响。结果表明：压裂液流速、压力波动值及轴向附加应力随排量的增加而增大；压裂液的压力波动值及管柱轴向振动速度随着井深的增加而减小；停泵时间越短，压裂液的动压力增速及管柱轴向振动速度越大；考虑流固耦合时压裂管柱的固有频率较无流固耦合时减少7%；压裂管柱的固有频率随着轴向力的增加而增加，随内压的增加而减小，内压为80MPa

5、时压裂管柱的一阶固有频率降为0，管柱处于失稳状态，极易发生共振。关键词：压裂管柱流固耦合振动有限元论文类型：应用研究（本文得到国家自然科学基金项目，编号：51404198，“体积压裂管柱特殊螺纹接头流固耦合振动机理及密封性研究”的资助）II英文摘要Subject：TheAnalysisofFluid-SolidCouplingVibrationCharacteristicsofTubingStringinFracturingConditionSpeciality：MechanicalEngineeringName：HuangYuxi(signature)Instru

6、ctor：CaoYinping(signature)ABSTRACTInthefracturingprocess,thepipestringisusedasthemainbearingcomponentandthepowertransmissioncomponent,anditneedstobearthemutualeffectofitsweight,axialforce,internalandexternalfluidpressure.Theseeffectscausethepipestringtovibrate.Whenthefracturingfluidflo

7、wsthroughthetubingstringathighspeed,thefluid-structureinteractionvibrationwilloccurinthetubingstring.Severevibrationwillleadtowearandfatigueofthetubingstring,andevendownholeaccidents.Theproblemofthefailureofthetubingstringduringthefracturingprocessisincreasinglyprominent.Therefore,th