bet体育在线登录-体育官网

经典案例
  • 有限元分析在机械产品设计的应用
  • 汽车转向机构有限元分析与优化
  • 风力发电机主轴结构强度分析
  • 发动机连杆的强度分析与结构优化
  • 车辆传动轴的强度分析与方案改进
  • 摩托车车架的刚度及强度分析
  • 注塑模具机构强度分析及结构优化
  • 变速箱轴键强度校核及结构改进
  • 挖掘机铲斗有限元计算和强度分析

非API标准工况下套管接头的有限元分析

发布于:2021-06-27 19:21
有限元分析

       由于地层复杂等因素,套管的服役环境相当恶劣,特别是近些年深井、超深井、水平井等的增加,以及压裂、大型酸化、热采等各种强化采油措施的不断应用,套管的服役环境更加恶化,套损恶性事故频频发生,严重影响了油田的生产。管螺纹接头是套管管柱的重要组成部分,也是薄弱环节。经调查分析发现,套损事故大多发生在接头处。这其中固然有固井质量的问题,但设计问题常常是重要因素之一。API根据了解的行业实际情况,公布了套管管柱在一些工况下的力学特性。笔者把文献所涉及的工况称为API标准工况,它包含了上扣、拉伸、内压、均匀挤压等常见的工况,而把在文献中没有研究过或研究得很少的工况称为非API标准工况,如弯曲、非均匀挤压等。API对API标准工况下套管管柱的力学特性进行了大量研究,其成果已被广泛用来进行套管管柱的设计。许多专家学者也从不同角度对套管接头的力学特性进行过大量研究。然而检索文献发现,详尽的非API标准工况下套管接头力学特性的研究工作几乎是一片空白。笔者使用一种轴对称体接触问题的半解析有限元法,首次解决了非API标准工况下套管接头的强度问题。文献中的计算方法和计算结果可为套管接头,特别是在非API标准工况下服役的套管接头的设计和使用提供理论依据。
       利用文献提出的轴对称体接触问题的半解析有限元法对套管接头的进行强度分析,把轴对称体接触面上的位移协调条件作为定解条件,把轴对称体接触面上的应力许可条件作为校检条件,利用自适应修正方法改善定解条件进行接触状态迭代,直至按给定的收敛条件收敛。学模型和有限元计算模型把长圆螺纹套管接头作为研究对象,考察其在非API标准工况下的强度。不计螺纹螺旋结构的非轴对称因素,把该接头看作是一个有三个轴对称体(一个接箍和两根管子)相互作用的轴对称结构,而且在轴向具有一个对称面(接箍中间横截面)。在载荷方面,实际情况通常是拉压载荷和弯曲载荷对称于接箍中间横截面,扭转载荷反对称于接箍中间横截面,而在接箍中间横截面的每一端,载荷分布是任意的。在这种情况下,只需考虑接头在接箍中间横截面一侧的部分建立力学模型,接箍中间横截面处的边界条件是轴向位移为零,径向与环向位移自由。为了尽量消除边界效应的影响,力学模型中所取管子的长度大约是管体端部到螺纹消失面距离的2倍。
       用环单元对力学模型进行离散化,应用半解析有限元法,计算可在力学模型的本初子午面内进行。环单元在本初子午面内退化为多边形单元,计算中把它取为轴对称体半解析四节点四边形等参单元,共1675个,本初子午面内的结点数为2184个。设材料的弹性模量E=200GPa,泊松比ν=0.3。值得一提的是,如果用三维八结点块体单元对力学模型离散化,为了保证接触面附近的单元有较好的计算精度,在本初子午面内具有相同结点位置的条件下,整个有限元模型应有约190万个单元,250万个结点。目前无论是计算速度,还是内存容量,一般微机都无法满足需要,而应用轴对称体接触问题的半解析有限元法则可轻松完成计算。
       笔者着重考察标准上扣、弯曲和非均匀挤压等最常见的几种工况下接头的强度。作为比较的标准,第一种工况是标准上扣。对于给定的接头,按文献推荐的要求上扣3圈后的初始径向过盈量为0.2977mm。井眼狗腿处套管管柱所承受的弯矩可用材料力学的方法近似计算,即将E、D=0.1397m和d=0.1243m代入上式得M=CK(1)式中,C—常数,C=244N·m2。将9°/100m代入式(1),得M=2.197×103N·m。笔者所要计算的弯曲载荷工况就是接头上扣三圈后,在力学模型的管体右端还施加纯弯矩M=2.197×103N·m。由于非均匀应力等原因,套管在服役中将受到非均匀挤压。所要计算的非均匀挤压工况是接头上扣三圈后,在接箍和管体外表面还受到沿轴向不变而沿环向按椭圆规律变化的挤压力。


                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限企业
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限企业www.nataid.com,转载请注明出处和相关链接!

tag标签:
------分隔线----------------------------
------分隔线----------------------------

bet体育在线登录|体育官网

XML 地图 | Sitemap 地图