连续管受力分析起下能力及疲劳计算课件

连续管受力分析起下能力及疲劳计算周志宏长江大学机械工程学院2014年11月1日12023/1/12内容连续管概述连续管流体阻力分析连续管井中力学分析连续管强度计算注入头起下能力分析连续管卷绕行为分析连续管疲劳分析2023/1/1221.连续管概述2023/1/123起下时间短、减少停产时间，常规油管的11倍。起下钻时可以循环，封闭油管可带压作业，对地层伤害小。作用：洗井；酸化、压裂；气举；磨铣；砾石充填；封层(注水泥,架桥塞)；排液/完井管柱；射孔,测井；井下作业；定向钻井；打捞。优点：作业简单，作业人员少，费用低。搬迁快，占地小，环保，占地面积是常规钻井的1/3。可选择不同尺寸的油管作水力通道。施工安全，维护方便。可以通过大斜度井1.连续管概述2023/1/124注入器结构：注入器、卷筒、鹅颈导向特点：塑性变形，存在残

余变形，椭圆度鹅颈导向卷筒2.连续管流体阻力分析-井中流体流动状态层流2023/1/125过渡流紊流牛顿流体流动阻力可由下式确定2023/1/126雷诺数为紊流fanning系数2023/1/127幂率流体本构方程剪切应力稠度系数剪切速率流变指数广义雷诺数为fanning摩阻系数2.连续管流体阻力分析-滚筒非牛顿流体Dean数2023/1/128紊流fanning系数用下式求2.连续管流体阻力分析-滚筒2023/1/1292.连续管流体阻力分析-结论牛顿流体与非牛顿流体非牛顿流体的阻力可能小于清水（牛顿流体）阻力。2023/1/1210直管与弯管流体在弯管流动时，会产生二次流，导致流体流过弯管的阻力要大于流过直管的阻力。3.连续管井中力学分析油井井眼轨迹垂直井定向井，增斜、降斜水平井2023/1/1211增斜降斜稳斜3.连续管井中力学分析垂直井中连续管的力学分析重力井壁摩擦力液体的浮力2023/1/1212浮力作用在连续管的最下端定向井水平井的增斜段、降斜段力学分析连续管弯曲，但弯曲半径大，与软绳类似连续管井中的变形状态细长杆，欧拉公式，容易失稳-屈曲受井眼壁的约束正弦屈曲螺旋屈曲2023/1/1213什么条件？有何影响？屈曲的数学描述假设：井眼均匀，截面为圆形，半径相同。连续管是均匀的，截面为圆形，半径相同。续管外壁与井眼内壁连续接触。2023/1/1214未屈曲状态：连续管将位于井眼的底部正弦屈曲：位置q是轴线x坐标的正弦函数螺旋屈曲：位置q是轴线x坐标的持续增长函数屈曲的临界轴向力受压时可能产生屈曲垂直井眼的临界轴向力2023/1/1215

正弦屈曲理论g

=2.55；螺旋屈曲g=5.55斜直井眼和水平井眼的临界轴向力

正弦屈曲理论g

=2；螺旋屈曲g=5.55EI为连续管抗弯刚度w为连续管单位长度重量r为连续管与井眼的间隙q

为井眼的井斜角实际井眼中螺旋屈曲的临界轴向力2023/1/1216

正弦屈曲时，b

＝4；螺旋屈曲时b

＝8。井斜角井眼的井斜率变化率井眼的方位角变化率螺旋屈曲的接触力Fa为连续管的轴向力连续管井中的轴向力软绳模型2023/1/1217

接触力水平井最大下深，钻头无法加载2023/1/1218锁死点4.连续管强度计算连续管失效机理爆裂，挤毁，褶皱和缩颈拉断2023/1/1219爆裂挤毁多轴应力状态的强度轴向、周向，径向应力，弯曲应力和扭转应力2023/1/1220最小屈服应力轴向力压力外压挤毁Tamano公式2023/1/1221塑性铰5.注入头起下能力分析起升与注入夹持块夹持连续管液压马达提供动力液压油缸提供夹持压力2023/1/12222023/1/1223注入头结构与原理摩擦力~正压力夹持块，两块，四块。链条的张紧2023/1/1224起升与注入力取决于摩擦力的大小摩擦力为摩擦系数与正压力的乘积接触面积大，接触应力小。6.连续管卷绕行为分析卷绕有塑性变形残余应力和不可恢复的变形2023/1/12252023/1/1226卷绕有残余变形壁变薄，椭圆率增加平均直径增加2023/1/1227椭圆率增加，抗外挤能力降低2023/1/1228卷绕半径减小，椭圆率增加2023/1/1229剪力增大，椭圆率增加2023/1/1230拉力增大，椭圆率增加2023/1/1231降低每次椭圆率等变形量的措施减小连续管轴向拉力波动（卷绕与注入同步）减小剪力7.连续管疲劳分析高载荷水平应力超过屈服应力2023/1/1232低周疲劳循环小于1000次应变起主要作用2023/1/1233实验应力应变与真实应力应变实验：应力=载荷/原面积；应变=伸长/原长真实：面积有变化；伸长有变化PDl0llld真应力Truestress真应变Truestrain0应力应变s-esyss-e均匀变形颈缩断裂2023/1/1234

=P/A=Pl/A0l0=(P/A0)[(l0+l)/l0]=S(1+e)

=ln(1+e)=ln(l/l0)=ln(A0/A）工程应力、应变与真应力、真应变间关系2023/1/1235单调加载下的应力—应变关系

-曲线上任一点应变

表示为：

=e+p弹性

-e关系：=Ee

-p关系用Holomon关系表达为：=K(p)nRemberg-Osgood弹塑性应力-应变关系：：seepe0eA可知：1)-响应随循环次数改变。2)一定周次后有稳态滞后环。3)有循环硬化和软化现象。2023/1/1236循环应力-应变响应滞后环

hysteresisloops

在a=const的对称循环下，应力、应变的连续变化。：eaa稳态环s0N=2100低碳钢的循环应力应变响应N，a，循环硬化；反之，为循环软化。2023/1/1237应变疲劳性能应变-寿命曲线Manson-Coffin公式

2023/1/1238-N曲线的近似估计由拉伸性能估计材料的-N曲线式中，Su为极限强度；f是断裂真应变。考虑平均应力的影响注意b、c＜0；拉伸平均应力有害，压缩平均应力有利。2023/1/1239例CT80连续油管用钢性能指标De=0.027；f=0.245。思考题减阻剂能降低液体流动阻力？同等长度的连续管绕滚筒的阻力比直管大垂直井眼中管柱浮力均匀分布在管柱上吗受压连续管螺旋屈曲后，连续管与井壁的摩擦力大幅增加，可能造成锁死。受拉且受内压比受压且受内压的难失效。连续管外挤失稳后形成4