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1、2009年第38卷石油矿场机械第8期第9页OILFIELDEQUIPMENT2009,38(8):9～12文章编号:100123482(2009)0820009204基于ANSYS/LS2DYNA的实体膨胀管膨胀力分析1122秦国明,何东升,张丽萍,荆江录(1.西南石油大学建筑工程学院,成都610500;2.新疆石油管理局井下作业公司,新疆克拉玛依834000)摘要:应用非线性有限元分析技术,利用ANSYS软件的LS2DYNA模块动态模拟了膨胀套管的全过程,得到了膨胀力随时间变化的曲线,并分析了在不同的工艺参数(
2、膨胀锥角、摩擦因数、膨胀速度)下的膨胀力变化情况,得出了膨胀参数与膨胀力的关系,为膨胀工具的设计及膨胀方案的优化提供了依据。关键词:膨胀管;有限元;ANSYS/LS2DYNA;膨胀力中图分类号:TE931.202文献标识码:AAnalysisonDeformationForceofSolidExpandableTubularBasedonANSYS/LS2DYNA1122QINGuo2ming,HEDong2sheng,ZHANGLi2ping,JINGJiang2lu(1.CollegeofArchitectu
3、ralEngineering,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500,China;2.DownholeServiceCompany,XinjiangPetroleumAdministrationBureau,Karamay834000,China)Abstract:2Daxialsymmetrynon2linearFEAtechniquewasusedtosimulatethewholeprocessofexpandabletubulardynamicallybase
4、donANSYS/LS2DYNAmoduleofANSYS.Therelationsofdeformationforceandprocessingparameterswereachieved.ThusFoundationwaslaidforopti2maldesignofexpandabletoolandtechnologicaldesignofexpandabletubular.Keywords:expandabletubular;FEA;ANSYS/LS2DYNA;deformationforce[226]实
5、体膨胀管技术是将待膨胀的套管下到井内,究,取得了一定的成绩。该技术已在国内开展膨以机械或液压为动力,采用类似拉拔金属加工工艺,胀套管补贴等应用,但与国外大规模商业应用相使套管发生径向膨胀的一种技术。该技术的优点在[7]比,还存在一定的差距。于,对外径小于上层套管内径的管柱在井下进行径由于膨胀管技术的复杂性,采用理论分析能够向膨胀,使其内径和上层套管的内径仅相差一个壁对膨胀管技术提供一定的指导[3],但膨胀过程涉及厚的大小,相当于“节省”了井眼直径。随着实体膨塑性变形、径向尺寸变化大和膨胀锥膨胀管接触位胀管技术的逐
6、步发展与应用,井眼将变得越来越置变化等问题,在力学上属于材料、几何和状态三重“瘦”,甚至实现单一井眼直径的目标。经济分析表非线性问题,采用数值解更能考虑问题的复杂明,使用膨胀套管来减小上部井眼的尺寸可以提高[526]性。从膨胀作业的过程来看,膨胀作业实际上是机械钻速,节省井口设备、钻井液及循环时间、水泥、一个动态过程,采用动力学有限元分析似乎比只考[1]钻头和平台占用费。虑接触问题更能反映膨胀作业的过程。笔者采用自2000年把实体膨胀管技术引进我国以来,国ANSYS软件的LS2DYNA(显式动力分析)模块建内有关
7、院校和科研单位进行了一系列理论和试验研立了有限元模型,动态模拟了套管膨胀过程,得到了收稿日期:2008211207基金项目:国家自然科学基金项目(50674077);国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA09Z312)资助作者简介:秦国明(19842),男,广西梧州人,硕士研究生,从事复杂结构的数值计算方法研究,E2mail:qgmqgm2000@sina.com。·10·石油矿场机械2009年8月膨胀力随时间变化的曲线及各工艺参数(膨胀锥角、且用户更关心的是套管的变形,故把膨胀锥材料取摩擦因数、
8、膨胀速度)与膨胀力之间的关系,为膨胀为刚性体材料,这种简化可以节省大量的计算时间,工具的设计及膨胀方案的优化提供了参考。加快计算速度。这是由于定义一个刚性体后,刚性体内所有的节点的自由度都耦合到刚性体的质心1基本原理上,因此,不论定义了多少节点,刚性体只有6个自[9]膨胀管是一个多重非线性的动力学问题,如图由度。1。高压液体通过膨胀锥上的通道流向密封腔的底部,液体的液压力
