未封固套管柱在井眼中的屈曲分析.pdf

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1、图书分类号：学校代码：领±僮嶽貪论文题百未封固套管柱在井眼中的屈曲分析研究生姓名卢玲玲导师姓名何东升（副教授）学科专业机械电子工程研究方向管柱力学二一五年六月西南石油大学研究生学位论文知识产权声明书及学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西南石油大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时，本

2、人保证，毕业后结合学位论文研宄课题再撰写的文章一律注明作者单位为西南石油大学。本学位论文属于、保密（），在年解密后适用本授权书。、不保密《请在以上相应括号内打学位论文作者签名：指导教师签名各月曰西南石油大学研究生学位论文独创性声明本人声明：所呈交的研宄生学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含其他人为获得西南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作了明确

3、的说明并表示谢意。学位论文作者签名：年月曰摘要本文来源于塔里木油田合作项目—拟侧钻井侧钻可行性分析，用理论分析和有限元仿真研究了未封固套管柱在井眼中的屈曲行为。当未封固套管柱发生屈曲时，套管沿着井壁弯曲，导致附加力和附加弯矩，若套管变形过大，会降低套管的抗破能力，削弱套管螺纹的联接强度，研究未封固套管柱的屈曲变形对侧钻井的可行性具有重要的意义。本文以未封固套管柱为研究对象，在考虑套管柱自重、套管内外流体压力、井内温度、套管柱与井壁之间的接触力以及摩擦力的条件下，通过经典微分方程法和能量法推出了未封固套管柱在井眼中的屈曲微分方程。通过

4、摄动法和能量法求解屈曲微分方程，对未封固套管柱正弦屈曲与螺旋屈曲两种失稳变形状态进行了研究。得到了套管柱正弦屈曲和螺旋屈曲构型沿管柱变化的解析解，对相应屈曲微分方程进行数值计算，结果表明了屈曲微分方程的解析解与数值解一致。将屈曲微分方程无因次化，确定了正弦屈曲与螺旋屈曲的临界载荷。并对未封固套管柱的载荷、应力和变形进行了分析，包括套管柱与井壁的接触力、套管柱受到的轴向载荷、套管柱弯矩、套管变形等。在理论分析的基础上，通过参数化与命令流，使用有限元分析软件直接建立了在井眼中的未封固套管柱的有限元仿真模型，以及套管与接箍间的螺纹模型。对

5、建立的未封固套管柱模型进行了静力学分析和屈曲分析，分析了套管柱与井壁的接触力和摩擦力以及套管的变形。与屈曲微分方程的解比较证实了本文模型及分析方法的合理性。对建立的螺纹模型进行了分析，适当的接触力有利于螺纹的密封，但是过大的接触力会使螺纹从啮合幵始处发生脱扣，降低密封能力。关键词：正弦屈曲；螺旋屈曲；屈曲微分方程；有限元分析ABSTRACTThisarticleisfromthecooperationprojectsofTarimOilfieldthesidetrackingfeasibilityanalysisoflaterald

6、rilling.Itanalyzedthebucklingbehaviorofnotsolidcementandfreeperiodofcasingstringintheeyesofthewellbymeansoftheoreticalanalysisandmodelinganalysis.Whenfreeperiodofcasingstringoccursbuckling,casingstringbendsalongthesidewall，，，(2)Combiningwithsolutionofbucklingdiferentia

7、lequation,confirmtherationalityofthemodelandanalysismethodinthispaper.(3)Analyzethethreadmodelsettingup.Theappropriatecontactforceisadvantageoustothethreadsealing，，目录第章绪论问题的提出国内外研究现状国外研究现状国内研究现状研究方法现存在的主要问题研究内容第章套管柱的屈曲变形方程弓胃塔里木油田案例井眼中套管柱屈曲变形微分方程微元体受力分析微元体静力平衡方程物理方程屈曲变形

8、微分方程有效轴向载荷自重产生的轴向载荷温度变化引起的轴向载荷内外压力引起的轴向载荷井眼中套管柱屈曲变形微分方程能量法外力和变形能功分析用变分法导出屈曲方程本章小结第章屈曲变形微分方程的求解引言屈曲变形微分方程的无因次化3.3未屈曲稳定