月牙形磨损套管抗内压强度计算

将内壁磨损套管月牙模型简化为偏心圆筒模型,通过直角坐标向双极坐标的转换和选取曲线坐标中表示应力的复势,得出了偏心磨损套管等效应力和剩余抗内压强度计算方法。磨损套管等效应力解析解和数值解对比分析表明,随着磨损深度的增加和作用在内表面压力的增大,磨损套管危险截面内、外表面的等效应力呈指数增大;磨损套管抗内压强度随磨损深度线性减少。采用双极坐标公式计算偏心磨损套管等效应力与有限元分析结果相差小于0.9%。偏心磨损套管抗内压强度理论解和月牙形磨损套管抗内压强度试验值之间相对误差小于10%。将月牙形磨损套管简化为偏心圆筒模型,采用偏心磨损套管抗内压强度公式计算月牙形磨损套管抗内压强度是可行的。     

石油套管偏磨后剩余强度的模拟分析

基于钻柱接头与套管磨损试验结果,采用Dawson和White的能量损失磨损理论计算得到套管磨损系数。运用ABAQUS建立钻柱接头-套管偏磨的三维有限元模型,采用二次开发的Umeshmotion子程序和Arbitrary Lagrange-Euler自适应网格技术准确模拟钻进过程中的套管局部偏磨过程,并对磨损后的套管的剩余抗挤和抗内压强度进行分析。结果表明：套管磨损后的形状为“月牙形”,且磨损最大深度与磨损时间呈非线性关系,而套管剩余强度与磨损最大深度近似呈线性关系;套管磨损对剩余抗挤强度影响最大,当剩余壁厚小于50%时,套管失去抵抗外挤作用的能力, 但仍然具有一定的抗内压强度;发生偏磨后的套管被外挤和内压载荷作用而破坏的形式分别为挤扁毁坏和拉断毁坏。     

非均匀磨损套管空间有限元分析

针对非均匀磨损套管进行了空间有限元分析,研究了磨损量、磨损长度、轴向拉力对套管抗内压强度的影响.计算结果表明非均匀磨损套管的抗内压强度随磨损厚度的增加而降低;不同的磨损长度对套管抗内压强度影响不明显,即抗内压强度主要受磨损厚度的影响;套管轴向拉力对其抗内压强度影响不大,并且这种影响随着磨损量的增加而逐渐减小.通过对磨损套管抗内压强度变化规律的研究,为合理制定井控措施提供了科学依据.     

内压对射孔套管强度影响的有限元分析

射孔对套管抗挤强度的影响程度取决于多种因素.主要研究内压对射孔套管强度的影响.建立未射孔套管、不带水泥环射孔套管、外裹水泥环射孔套管有限元模型,并应用ANSYS有限元软件分析计算了未射孔、射孔及孔边开裂三种情况下套管的最大应力,同时研究了水泥环对射孔套管强度的影响.结果表明:射孔套管最大应力比未射孔套管增大了64%,孔...     

月牙型磨损套管抗内压强度有限元计算

在油田钻井过程中,由于钻具在井中旋转及起下钻会对套管内壁造成磨损,导致其抗内压强度降低,对油井安全构成威胁。本文使用有限元分析软件ANSYS建立套管模型,简化为平面应力问题进行分析,研究当套管内壁取不同磨损量,对磨损后套管施加载荷,计算在不同磨损量下套管的抗内压强度。结果表明,在一定的内压力范围内,套管的抗内压强度与内壁的磨损量基本成线性关系。分析结果为油井管柱下套管提供理论指导。     

非均匀载荷下磨损套管抗挤强度研究

针对非均匀载荷下套管磨损后抗挤强度降低的问题,将磨损简化为套管的壁厚不均度和内壁不圆度几何缺陷。在此基础上,建立了非均匀载荷下磨损套管抗挤强度计算方程。该方程计算值与试验值的对比表明,该方程计算结果是可靠的,可为复杂地层磨损套管柱设计提供理论依据。研究表明,当载荷不均匀程度较小时,磨损对套管抗挤强度的影响较大;当载荷不均匀程度较大时,磨损对套管抗挤强度的影响较小。     

套管极限挤毁强度的计算及有限元模拟

对110钢套管进行几何尺寸测量、拉伸试验以及残余应力测试,采用一次二阶矩法计算了套管的平均极限挤毁强度;对套管进行了挤毁试验,并采用有限元模型模拟了套管的极限挤毁强度;将极限挤毁强度的计算结果、模拟结果及试验结果进行了对比.结果表明:试验套管平均极限挤毁强度的计算结果高于目标置信水平,且与试验结果相近,该计算方法适用于试验套管极限挤毁强度的计算;各套管极限挤毁强度的有限元模拟结果与试验结果相近,相对误差不超过5.8％,有限元模拟准确.     

套管抗内压的模拟实验研究

目前钻井作业的趋势是深井、超深井、水平井和定向井,套管磨损问题变得尤为突出.套管磨损后,抗内压强度下降,不仅会给油田生产安全造成威胁,还很容易引发环境污染.笔者对月牙型磨损套管进行模拟实验,研究其在内压作用下的周向应变分布规律.研究结果表明:随着套管磨损量的增加,套管抗内压强度减小,在磨损最严重的部位的应变量首先随磨损...     

基于Abaqus磨损套管抗内压强度数值分析

本文分别按平面模型和空间模型,研究磨痕深度和磨痕长度对套管抗内压强度的影响。得出套管的抗内压强度是随着磨痕深度和长度的增加而降低的。同时把平面模型的结果与根据最小壁厚由API抗内压强度公式计算的结果做了比较,前者在磨损的情况下比后者要小。对于空间模型,随着磨痕长度的增加,抗内压强度趋近于一个下限值。     

现场工况条件下含点蚀缺陷套管抗外挤强度分析

套管一旦发生点蚀，其表面可能出现孔洞，甚至穿孔现象，这严重削弱了套管的剩余强度，对井场的生产和安全构成了重大威胁。为了评估点蚀后套管的抗外挤强度，提出了一种模拟现场工况对套管抗外挤强度进行分析的方法。首先模拟现场工况下压力和温度条件，严格配比井下腐蚀液体作为介质对套管全尺寸试样和挂片样件进行腐蚀；然后对腐蚀后套管进行抗外挤试验，测量出其被挤毁时的失效压力；接着观察腐蚀后挂片的表面点蚀规律，并计算和测出其平均腐蚀速率、最大点蚀深度和点蚀密度，为有限元分析提供数据支撑；最后使用ABAQUS对不同条件下套管的抗外挤强度进行分析。结果表明：在一定温度和压力范围内，温度和压力越高，套管失效压力越高；平均腐蚀速率、最大点蚀深度和点蚀密度随温度和压力升高而增大，其中平均腐蚀速率增长率为112.5%，增长最为显著；套管的抗外挤强度随腐蚀时间增长而降低；点蚀密度会影响套管的应力分布情况和承载能力。     

Analysis on collapse strength of casing wear

Carrying capacity of the casing will reduce after the casing is worn, which seriously affects the subsequent well drilling, well completion, oil extraction and well repair. A lot of researches on calculation of casing wear collapse strength have been done, but few of them focus on collapsing failure mechanism, and influencing factors and law of collapse strength. So, significant difference between estimated value and actual value of collapse strength comes into being. By theoretical analysis, numerical simulation and actual test, the collapsing failure mechanism of casing wear as well as the influencing factors and laws of collapse strength are investigated, and the investigation results show that collapse of crescent casing wear belongs to "three hinged" instability. The severely-worn position on the casing is yielded into the plastic zone first then deformed greatly, which causes the plastic instability of the whole structure. The casing wear collapse strength presents changes of exponent, power function and linear trend with the residual casing wall thickness, wear radius and axial load, respectively. When the flexibility is less than 10°/30 m, the borehole bending has less impact on casing collapse strength. Thus, the computation model for the casing wear collapsing strength is established by introducing wear radius coefficient and casing equivalent yield strength, at the same time, the model is tested. The test results show that the relative error for the computation model is less than 5%. The research results provide a basis for design of the casing string strength and evaluation of down-hole safety.     

特殊螺纹石油套管连接性能力学分析及计算

应用弹性力学、结构力学等经典力学知识,以20in-ZSB螺纹套管为研究对象,对其相关的连接性能进行力学分析及计算,计算内容包括:螺纹连接的自锁性、拧紧力扭矩、拧紧所需的圈数、抗拉强度、抗弯强度、抗内压强度等.计算结果表明:ZSB螺纹套管具有较强的抗挤压、抗拉伸、抗弯曲载荷的性能和装拆效率高等特点.计算方法和力学模型的建立,对今后特殊螺纹石油套管产品设计计算,有一定的参考价值.     

基于有限元和响应面近似的卡箍连接处最大弯曲应力估算

在水下航行器壳体连接设计中,卡箍连接设计在实际工程中得到了广泛应用.水下航行器入水过程及其复杂,目前研究对卡箍连接处的力学分析还不够充分.先对水下航行器入水瞬间,卡箍连接处进行力学分析,然后使用有限元和响应面近似法对受力分析加以验证,最后对某型水下航行器卡箍连接处最大弯曲应力进行函数拟合.最后对通过拟合的某型水下航行器...     

大型轴流压缩机焊接机壳的静态有限元分析

在建立大型轴流压缩机焊接机壳有限元模型的基础上,对联接螺栓台阶面与上机壳法兰面和上下机壳法兰面之间的接触问题,以及螺栓的预紧问题进行了处理,应用有限元分析软件对模型进行了分析计算.结果表明,所设计焊接机壳静态下的应力和变形均在允许范围内.可进一步对焊接机壳进行动态特性分析,以便为改进设计提供更可靠的理论依据.     

厚壁圆筒自增强压力的优化分析

采用考虑材料应变强化效应和包辛格效应的双线性材料模型,建立了厚壁圆筒自增强理论模型。基于工作时的等效应力及周向应力,提出了最佳自增强压力的评定方法并给出了理论求解过程。采用有限元软件对自增强厚壁圆筒涉及的三个加载过程进行模拟分析,模拟结果与理论计算结果相吻合。由模拟结果得到了厚壁圆筒工作时的最大等效应力和最大周向应力与自增强压力的关系曲线,并采用直接加权组合法进行优化,得到了最佳自增强压力。研究结果为厚壁圆筒最佳自增强压力的求解提供了新思路,具有一定的工程意义。     

卡箍式快开门压力容器的有限元接触分析

采用ANSYS软件提供的接触单元,运用整体有限元应力分析方法,对卡箍式快开门压力容器进行了详细的应力计算。通过对整体应力分布以及接触应力的具体分析,得到了卡箍式快开门结构的受力特点及应力分布规律,同时对各危险截面进行了强度评定。结果表明,卡箍式快开门压力容器满足相应压力容器分析设计标准的强度要求。     

A study of a finite element model for the chemical mechanical polishing process

In this paper, relative velocity at a given point on the wafer was first derived. The revolutions of wafer and pad are assumed the same and the axisymmetric uniformly distributed pressure form is given. Thus, a 2D axisymmetric quasic-static model for chemical-mechanical polishing process (CMP) was established. Based on the principle of minimum total potential energy and axisymmetric elastic stress-strain relations, a 2D axisymmetric quasic-static finite element model for CMP was thus established. In this model, the four-layer structures including wafer carrier, carrier film, wafer and pad are involved. The von Mises stress distributions on the wafer surface were analysed, the effects of axial, hoop, radial and shear stresses to von Mises stress and the effects of axial, hoop, radial and shear strains to deformation of the wafer were investigated. The findings indicate that near the wafer centre, von Mises stress distribution on the wafer surface was almost uniform, then increased gradually with a small amount. However, near the wafer edge, it would decrease in a large range. Finally, it would increase dramatically and peak significantly at the edge. Besides, the axial stress and strain are the dominant factors to the von Mises stress distributions on the wafer surface and the wafer deformation, respectively.