油水井生产作业杆管柱力学及软件开发

摘要

在油水井生产作业中，杆管柱是必不可少的工具，它们是油井生产作业的主要承载构件和动力传递构件。在生产作业过程中，杆管柱在井下承受着多种复杂载荷的作用，发生弯曲变形，严重影响了井下作业的顺利进行，杆管柱的寿命和检泵周期，因此研究杆管柱在井下弯曲变形规律、接触状态以及接触压力，具有重要的理论和实际意义。本论文主要开展了以下几方面的工作：
　　(1)根据测斜数据模拟井眼轨道，计算井眼中任意位置的三维坐标值；通过对杆管柱在三维弯曲井眼中的变形几何关系和受力分析，分别建立了抽油机井任意组合抽油杆柱力学分析模型，压裂酸化管柱力学模型；
　　(2)利用有限元软件ANSYS11.0分析了带封隔器管柱坐封时胶筒与套管壁接触压力以及变形状态；
　　(3)在上述杆管柱空间梁单元力学分析模型的基础上，建立了生产作业杆管柱空间梁单元与双向弹簧元的混合有限元模型，模拟了杆管、油套之间的接触状态、接触压力以及杆管柱变形规律；
　　(4)用Visual Basic6.0开发了《油水井生产作业杆管柱力学有限元仿真分析软件》，应用该软件不仅模拟了实际抽油机井杆管接触区域和接触压力，分析了接箍径向尺寸、扶正器与油管间的间隙对杆柱弯曲变形规律的影响；而且还模拟分析了实际井中压裂酸化管柱在起下工况下的摩阻以及压裂酸化施工过程中的弯曲变形规律、油套接触区域以及接触压力。

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第1章 绪论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 油水井生产作业杆管柱国内外研究现状

1.3 封隔器起源及国内外发展现状

1.4 油水井井下工具非线性接触问题的描述

1.5 本文主要研究内容

第2章 油水井生产作业杆管柱力学分析基础

2.1 定向井井眼轨迹模拟

2.2 压裂酸化管柱力学分析基础

2.3 抽油机井抽油杆柱受力分析

2.4 本章小结

第3章 油水井生产作业杆管柱接触问题的有限元分析模型

3.1 有限元分析简介

3.2 油水井作业杆管柱空间梁单元计算模型

3.3 非线性接触问题的弹簧元模型

3.4 压裂酸化管柱封隔器接触有限元分析模型

3.5 杆管柱在圆管内弯曲变形接触问题的有限元求解

3.6 本章小结

第4章 油水井生产作业杆管柱力学计算机软件的开发

4.1 仿真软件设计方案

4.2 杆管柱有限元法程序计算流程图

4.3 仿真软件数据库的建立

4.4 软件结构及模块功能

4.5 本章小结

第5章 抽油机井采油杆柱力学实例分析

5.1 计算选用的基本参数

5.2 考虑接箍径向尺寸影响的抽油杆柱力学分析

5.3 考虑扶正器配置的抽油杆柱力学仿真分析

5.4 本章小结

第6章 压裂酸化管柱力学实例分析

6.1 计算选用的基础数据

6.2 压裂酸化管柱起下过程仿真分析

6.3 压裂酸化管柱施工作业过程仿真分析

6.4 本章小结

结论

附录

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介