基于屈曲理论的定向井管柱安全性分析

摘要

管柱作为勘探与开发地下油气资源的信息与物质通道，贯穿于油气勘探与开发的各个环节。在定向井钻井、试油、完井等井下作业过程中，管柱屈曲失稳和管柱强度破坏是导致井下作业失败的主要原因。因此本文以屈曲理论为基础对定向井管柱进行安全性分析。
　　本文首先以定向井中存在初始弯曲的管柱（定向井造斜段、稳斜段、降斜段管柱）为研究对象，使用能量法与传递矩阵法推导出定向井管柱屈曲临界载荷计算公式，分析井眼轨迹、径向间隙、管柱几何尺寸、接箍等因素对定向井管柱屈曲临界载荷的影响，为定向井井下管柱屈曲状态的判定提供依据。定向井屈曲管柱强度破坏是影响定向井管柱安全性的主要原因，而管柱强度破坏的判定是以第四强度相当应力为依据。故本文借鉴弹簧强度分析法，结合第四强度理论推导出螺旋屈曲管柱第四强度相当应力计算公式，分析了轴向压力、径向间隙、管柱几何尺寸对螺旋屈曲管柱第四强度相当应力的影响，为定向井管柱的安全性分析提供依据。考虑到封隔器的使用会改变管柱端部约束条件，进而影响管柱屈曲变形及第四强度相当应力分布，为此本文针对封隔器处管柱，使用摄动法分析了封隔器处管柱第四强度相当应力的变化规律。最后文章总结了定向井管柱屈曲临界载荷及管柱第四强度相当应力变化规律，提出管柱组合建议，为定向井管柱的安全性分析提供参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 管柱屈曲及管柱安全性分析国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 定向井管柱屈曲临界载荷分析

2．1 定向井造斜段下凹管柱屈曲临界载荷分析

2．1．1 定向井造斜段下凹管柱屈曲力学模型

2．1．2 定向井造斜段下凹管柱屈曲临界载荷算例计算

2．2 定向井稳斜段斜直管柱屈曲临界载荷分析

2．2．1 定向井稳斜段斜直管柱屈曲力学模型

2．2．2 定向井稳斜段斜直管柱屈曲临界载荷算例计算

2．3 定向井降斜段上凸管柱屈曲临界载荷分析

2．3．1 定向井降斜段上凸管柱屈曲力学模型

2．3．2 定向井降斜段上凸管柱屈曲临界载荷算例计算

2．4 本章小结

第三章 接箍对管柱屈曲临界载荷的影响分析

3．1 含接箍管柱力学模型

3．2 含接箍管柱单元传递矩阵的建立

3．3 含接箍管柱总体传递矩阵的建立

3．4 含接箍管柱屈曲临界载荷算例计算

3．6 本章小结

第四章 螺旋屈曲管柱安全性分析

4．1 螺旋屈曲管柱力学模型

4．2 螺旋屈曲管柱相当应力分析

4．3 螺旋屈曲管柱相当应力算例计算

4．4 本章小结

第五章 定向井中封隔器对管柱安全性的影响分析

5．1 单封隔器处管柱安全性分析

5．1．1 单封隔器处管柱屈曲模型

5．1．2 单封隔器处管柱相当应力计算

5．1．3 单封隔器处管柱相当应力算例计算

5．2 双封隔器跨隔测试管柱安全性分析

5．2．1 双封隔器跨隔测试管柱有效轴向力分析

5．2．2 双封隔器跨隔测试管柱相当应力分析

5．2．3 双封隔器跨隔测试管柱相当应力算例计算

5．3 本章小结

第六章 总结及管柱组合建议

致谢

参考文献

硕士学位期间发表的论文