计算力学课程设计课程设计-弯曲段套管抗挤强度有限元分析

《计算力学课程设计课程设计-弯曲段套管抗挤强度有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、东北石油大学课程设计课程计算力学课程设计题目弯曲段套管抗挤强度有限元分析学院机械科学与工程学院专业班级学生姓名学生学号指导教师年月日17东北石油大学课程设计任务书课程计算力学课程设计题目弯曲段套管抗挤强度有限元分析专业工程力学姓名学号主要内容：石油工业中，API（美国石油学会）套管强度计算公式是没有考虑任何缺陷的套管强度计算公式，井下套管的使用都是通过API套管强度标准设计的。但是在实际使用的套管都存在一定的缺陷，如出厂的不圆度、壁厚不均度等，使用过程中套管内壁被钻杆接头磨损和套管在弯曲段时的弯曲。这些因素或多或少地影响着套管抗挤强度，当套管抗挤强度降低到一定程度时就会造成套管损坏，影响

2、油气资源开发的经济效益。研究和分析弯曲段套管的抗挤强度就可以知道套管曲率对套管抗挤强度的影响关系，就可以指导现场套管的设计和选材。套管钢级为N80，屈服强度551.6MPa，泊松比0.3，弹性模量206GPa，外径177.8mm，壁厚13.72mm。套管曲率取2°/100m、4°/100m、6°/100m、8°/100m、10°/100m，分析计算各种曲率条件下的套管抗挤强度。基本要求：在课程设计期间，巩固有限元理论知识，掌握边界处理方法，能够应用有限元分析软件ANSYS求解工程中的实际问题，了解力学分析软件的前后处理，掌握有限元分析流程。在3周时间内，应用ANSYS软件完成课题题目的有

3、限元分析与计算，提交所设计题目的有限元模型、结果和命令流文件，提交5000字左右论文1份（附录为分析过程命令流）。主要参考资料：[1]刘巨保．石油设备有限元分析[M]．北京：石油工业出版社，1996．[2]刘扬，刘巨保，罗敏．有限元分析及应用[M]．中国电力出版社，2008．[3]罗敏，张强．ANSYS应用—基础篇[M]．大庆石油学院自编教材，2008．[4]祝效华，余志祥．ANSYS高级工程有限元分析范例精选[M]．电子工业出版社，2004．完成期限指导教师17专业负责人年月日目录第1章概述11.1弯曲段套管抗挤强度有限元分析的研究目的和意义11.2弯曲段套管抗挤强度有限元分析的主要研

4、究内容1第2章理论分析32.1套管抗挤强度分析32.2SOLID45简介3第3章偏磨套管抗挤强度有限元分析53.1问题描述53.2ANSYS有限元模型建立及求解5结论1317第1章概述1.1弯曲段套管抗挤强度有限元分析的研究目的和意义套管是油井生产中重要的设施，套管损坏问题己受到国内外的普遍关注。套管柱在大井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力，使得套管抗挤强度降低，可能导致套管发生挤毁破坏。为了得到套管抗挤强度与水平井弯曲段造斜率间的定量关系。由于传统石油工程中，石油套管主要用于钻井过程中和完井后对井壁的支撑，以保证钻井过程的进行和完井后整个油井的正常运行。石油套管是维持油井运行的

5、生命线，由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用于管体，这对套管本身的质量提出了较高的要求。一旦套管本身由于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。基于普氏自然平衡拱理论,并考虑套管与地层的相互作用,对空洞的形态进行了分析得出其油层段应尽量使用高强度、大壁厚的套管。近年来随着水平井钻井技术的发展,高曲率井段套管柱的设计引起了人们的关注。对于直径大、壁厚相对钻柱来说较小的套管,如果井眼曲率过高会产生另一类突出的问题,即弯曲井段的套管会发生较大的径向变形。而下套管作业时，除了要考虑摩阻外，还要考虑套管柱的变形，尤其是弯曲井段内套管的变形有别于其他井段，因此有必要

6、对套管柱在弯曲井段的通过能力进行研究。发生径向变形的套管不仅会因通径的减小影响钻井工具和完井工具的下入,而且还会因其椭圆度增加降低套管的抗挤强度。大多数油井套管的损坏是由过大的外载荷引起的，其在各种载荷作用下的强度、变形是油井工程中非常受关心的问题之一，由于套管的成本在整个油井成本中占很大的比例，所以要尽量避免油井套管所加载的外载荷超出其所承受的极限，从而保证油井的正常使用寿命。在进行油井套管的强度分析时，通常通过解析法对其进行计算校核，其中难免采用很多经验值和经验公式，因此，用该方法分析得到的结果不够准确。本文中通过大型有限元软件对套管的强度进行分析，可以得到非常精确的结果，对工程应用

7、有非常重要的指导意义。1.2弯曲段套管抗挤强度有限元分析的主要研究内容分析该问题应该首先从没有缺陷套管的抗挤强度入手，用ANSYS对理想套管建模井求解，得到理想状态无缺陷下套管的抗挤强度。此时的抗挤强度应该和API套管强度公式计算出来的一致，主要用来验证ANSYS模型的正确性。17ANSYS在本研究方向具有非常大的潜力，很多用解析法解决不了的问题都可以通过ANSYS方便的求解，其中不仅包括套管抗挤强度的问题，还有抗拉强度等，不但可以