课程设计--弯曲段套管抗挤强度有限元分析

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1、 1 课 程 设 计 年 月 日 课 程 计算力学课程设计 题 目 弯曲段套管抗挤强度有限元分析 学 院 机械科学与工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2 课程设计任务书 课程 计算力学课程设计 题目 弯曲段套管抗挤强度有限元分析 专业 工程力学 姓名 学号 主要内容： 石油工业中，API（美国石油学会）套管强度计算公式是没有考虑任何缺陷的套管强度 计算公式，井下套管的使用都是通过 API 套管强度标准设计的。但是在实际使用的套管都 存在一定的缺陷，如出厂的不圆 度、壁厚不均度等，使用过程中套 管内壁被钻杆接头磨损和套管在 弯曲段时的弯曲。这些因素或多或 少地影响着套管抗挤强度，

2、当套管 抗挤强度降低到一定程度时就会 造成套管损坏，影响油气资源开发 的经济效益。研究和分析弯曲段套 管的抗挤强度就可以知道套管曲 率对套管抗挤强度的影响关系，就 可以指导现场套管的设计和选材。 套管钢级为 N80，屈服强度 551.6MPa，泊松比 0.3，弹性模量 206GPa，外径 177.8mm， 壁厚 13.72mm。套管曲率取 2 /100m、4 /100m、6 /100m、8 /100m、10 /100m，分析计算 各种曲率条件下的套管抗挤强度。 基本要求： 在课程设计期间，巩固有限元理论知识，掌握边界处理方法，能够应用有限元分析软件 ANSYS 求解工程中的实际问题，了解力学分

3、析软件的前后处理，掌握有限元分析流程。 在 3 周时间内，应用 ANSYS 软件完成课题题目的有限元分析与计算，提交所设计题 目的有限元模型、 结果和命令流文件， 提交 5000 字左右论文 1 份 （附录为分析过程命令流） 。 主要参考资料： 1 刘巨保石油设备有限元分析M北京：石油工业出版社，1996 2 刘扬，刘巨保，罗敏有限元分析及应用M中国电力出版社，2008 3 罗敏，张强ANSYS 应用基础篇M大庆石油学院自编教材，2008 4 祝效华，余志祥ANSYS 高级工程有限元分析范例精选M电子工业出版社，2004 完成期限 指导教师 专业负责人 年月日 3 目录 第 1 章 概述 1

4、1.1 弯曲段套管抗挤强度有限元分析的研究目的和意义 1 1.2 弯曲段套管抗挤强度有限元分析的主要研究内容 1 第 2 章 理论分析 3 2.1 套管抗挤强度分析. 3 2.2 SOLID45 简介 3 第 3 章 偏磨套管抗挤强度有限元分析 5 3.1 问题描述 5 3.2 ANSYS 有限元模型建立及求解. 5 结论 14 1 第第 1 章章 概述概述 1.1 弯曲段弯曲段套管抗挤强度有限元分析的研究目的和意义套管抗挤强度有限元分析的研究目的和意义 套管是油井生产中重要的设施，套管损坏问题己受到国内外的普遍关注。套 管柱在大井眼曲率的水平井弯曲井段将产生较大弯曲应力， 使得套管抗挤强度降

5、 低，可能导致套管发生挤毁破坏。为了得到套管抗挤强度与水平井弯曲段造斜率 间的定量关系。由于传统石油工程中，石油套管主要用于钻井过程中和完井后对 井壁的支撑，以保证钻井过程的进行和完井后整个油井的正常运行。石油套管是 维持油井运行的生命线，由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、压、弯、 扭应力综合作用于管体，这对套管本身的质量提出了较高的要求。一旦套管本身 由于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。 基于普氏自然平衡拱理论,并考虑套管与地层的相互作用,对空洞的形态进 行了分析得出其油层段应尽量使用高强度、大壁厚的套管。近年来随着水平井钻 井技术的发展, 高曲率井段套管柱的设计引起了人们的关注。对于直径大、壁厚 相对钻柱来说较小的套管, 如果井眼曲率过高会产生另一类突出的问题, 即弯曲 井段的套管会发生较大的径向变形。而下套管作业时，除了要考虑摩阻外，还要 考虑套管柱的变形，尤其是弯曲井段内套管的变形有别于其他井段，因此有必要 对套管柱在弯曲井段的通过能力进行研究。 发生径向变形的套管不仅会因通径的 减小影响钻井工具和完井工具的下入, 而且还会因其椭圆度增加降低套管的抗 挤强度。 大多数油井套管的损坏是由过大的外载荷引起的， 其在各种载荷作用下的强 度、变形是油井工程中非常受关心的问题之一，由于套管的成本在整个油井成本 中占很大的比例，所以