刘凤梧[1]1999年在《受圆管约束管柱的后屈曲行为研究》文中研究指明受横向约束管柱的屈曲是油气井工程的关键问题之一。严重的管柱屈曲会导致引起油管、钻柱等的破坏，套管和油管的磨损，钻进时摩阻的增加。进而限制了连续柔管的应用和大位移井的可钻深度。由于管柱的横向变形受到约束，管柱初始屈曲后将会经历正弦屈曲构型状态、向螺旋屈曲构型转化和螺旋屈曲构型状态，直至最后锁死，其后屈曲行为非常复杂。本文基于能量法和平衡法对管柱的屈曲及后屈曲行为进行了系统的分析研究： 1．本文首先分析了两种典型管柱在压扭组合作用下的屈曲及后屈曲行为及相关非线性微分方程的性质。(1)利用能量变分原理和平衡法得到直圆管中的无重管柱和水平圆管中有重管柱的屈曲微分方程、相应的自然边界条件和管柱与约束管壁间接触力的方程。(2)屈曲方程和接触力方程均为高阶强非线性常微分方程，本文利用里兹法分别得到了屈曲方程对应管柱正弦屈曲和螺旋屈曲构型的解析解及相应的接触力；相应的数值分析结果表明解析解与数值解有良好的一致性。(3)根据稳定性准则分析了管柱不同屈曲平衡状态的稳定性；结果表明根据通常的连续接触假设，同一载荷对应正弦和螺旋两种稳定的平衡状态；但由接触力不应小于零的条件可知：两种构型的解并不能同时具有物理意义。由此确定了管柱由正弦向螺旋屈曲转化的临界条件。从而解析地描述了管柱的后屈曲行为。(4)分析了悬空固支和铰支端部边界对管柱螺旋屈曲的影响，得到了考虑端部边界影响时管柱屈曲构型的解析解。 2．综合考虑管柱自重、约束圆管的形状对管柱屈曲的影响，建立了管柱受斜直、弯曲圆管约束在压扭载荷作用下的管柱屈曲微分方程。利用伽辽金法和非线性尺度法求解屈曲方程，得到了管柱受不同形状圆管约束时正弦屈曲段和螺旋屈曲段构型的解析解：并确定了管柱保持初始平衡段、正弦屈曲构型段和螺旋屈曲构型段等所对应的载荷范围。 3．综合考虑屈曲、接触力和摩阻的耦合影响，分别研究了摩擦对受横向约束管柱正弦屈曲和螺旋屈曲的影响。考虑沿约束圆管切向的摩擦对管柱正
周春苹[2]2006年在《直井中抽油杆柱的后屈曲分析》文中研究表明受井眼横向约束管柱的屈曲是油气井工程的关键问题之一。严重的管柱屈曲会引起油管、钻柱的破坏，套管和油管的磨损，钻进时摩阻的增加等等一系列的危害。由于管柱的横向变形受到约束，管柱初始屈曲后将会经历正弦屈曲状态、向螺旋屈曲转化和螺旋屈曲状态，直至最后锁死，它的后屈曲行为十分复杂。 本文研究了在压扭组合作用下的有重抽油杆柱的螺旋后屈曲现象。给出受压扭组合作用管柱的非线性屈曲方程，分析了受直圆管约束的有重管柱的后屈曲行为。利用能量变分原理和平衡法得到了直圆管中有重管柱在轴向载荷和扭矩共同作用下的屈曲平衡方程，并对所得四阶强非线性常微分方程进行分析、求解，得到了屈曲方程的解析解，其解析解表示了管柱的实际屈曲构型。结果表明，受压扭组合作用的有重管柱的屈曲构型为上疏下密的螺旋曲线。同时得到了屈曲微分方程相应的自然边界条件、管柱与约束管壁间接触力的方程以及两端仅受压力作用的有重管柱的临界力公式。并结合接触力最小值为零的条件，验证了受直圆管约束的有重管柱的螺旋屈曲状态为可能存在的稳定平衡状态。 本文还分析了实际工程中和实验中常用的端部边界约束条件—悬空固支端部边界对有重管柱螺旋屈曲的影响。将管柱分为在端部边界附近的空间梁柱段和与约束管壁连续接触的屈曲构型段。结合空间梁柱段微分方程并考虑管柱的端部边界条件和连续条件，得到了屈曲管柱变形的解析解。在此基础上求得了管柱的内力。将所得结果与文献中结果进行对比，分析了误差产生的原因。
赵蕾[3]2017年在《水平受压柔性旋转梁屈曲特性分析及试验研究》文中研究表明水平井作业中常采用柔性钻柱,钻柱的稳定性直接影响到钻井的成败,而钻柱屈曲载荷的预测一直是钻井行业面临的一项挑战。钻柱在钻进过程中的失稳可能导致严重的问题,例如钻柱的疲劳损伤,井下工具的过度磨损,随钻测量的失效,钻头的过度损耗,钻头的粘滑运动,井壁的不稳定性和冲蚀以及低效率钻进等。因此,为保证水平井钻井的成功,理解和掌握水平井钻柱的稳定性和屈曲行为机理至关重要。本文分别分析了水平受压旋转梁的静力学屈曲行为和动力学屈曲行为。静力学屈曲行为的研究:以受水平圆管约束的细长管柱为分析模型,考虑摩阻和边界约束,建立受约束管柱非线性屈曲行为的静力学微分方程。采用微分求积法(DQ法)和Newton迭代法求解控制方程,分析简支—简支(Simply Supported-Simply Supported)、简支—固支(Simply Supported-Clamped)、固支—简支(Clamped-Simply Supported)和固支—固支(Clamped-Clamped)这四种边界约束条件对钻柱稳定性的影响;同时,分析摩擦系数的变化对水平井钻柱的屈曲临界载荷及屈曲变形的影响规律;分析钻柱自身的重力对水平井钻柱屈曲问题的重要影响。动力学屈曲运动的分析:以旋转作业状态下的水平井钻柱为分析对象,描述钻柱的动态屈曲行为,拟建动力学屈曲方程。应用能量法和最小势能原理推导出水平井钻柱的正弦屈曲临界载荷和螺旋屈曲临界载荷的计算公式。改造实验室内的水平井钻柱动力学特性模拟试验装置,进行水平井钻柱静力学屈曲和动力学屈曲的模拟试验。通过模拟试验的方法分析水平井作业中轴向载荷的传递效率,并得到摩阻力变化趋势。采用摩阻力增量加速度判断法结合试验数据判定钻柱分别发生正弦和螺旋屈曲的临界载荷,与数值计算结果对比分析。利用模拟试验研究了转速对水平井钻柱动态屈曲运动的影响规律,观察动态屈曲振动的幅值和轴心轨迹的变化规律。研究发现:随着转速的增加,动态屈曲振动的幅值以及振动频率会变大;钻柱转速由17r/min增大到107r/min的过程中,螺旋屈曲临界载荷由静态时的86%降低到75%;转速达到107r/min时,若加载载荷超过螺旋屈曲临界载荷,会将钻柱的动态屈曲运动由蛇形运动转变为涡动运动。
郭英涛, 任文敏[4]2004年在《关于限制失稳的研究进展》文中认为限制失稳是指构件失稳时其屈曲变形不能自由发展而受到某种限制性约束的失稳,有时又称单向失稳、接触失稳、约束失稳.这类问题在工业中有大量应用,也是固体力学中的一个经典问题.最常见的实例如应用于地下管道、隧道、压力容器、核反应堆安全壳中的薄衬壳,当薄衬壳发生屈曲时,由于受到外壁的约束,其屈曲行为和一般的壳体屈曲行为不同,这就需要我们发展新的研究方法.另外如受钻井套管横向约束的钻柱的屈曲,复合材料的分层屈曲,电子元器件中的镀层屈曲等也属于限制失稳的范畴.限制失稳问题因其涉及接触问题、单向屈曲、非保守问题等而显得十分复杂,一直没有得到很好的解决.从近年来文献看,限制失稳的研究多集中在压杆、圆环的研究,板、壳的研究相对较少.本文首先简单介绍了限制失稳的一般概念,指出存在的限制约束对结构屈曲特性的影响.然后分别介绍了对于杆、环、板、壳的受限制失稳的研究进展.最后提出了需要进一步深入研究的问题.
刘凤梧, 徐秉业, 高德利[5]1999年在《封隔器对油管螺旋屈曲的影响分析》文中研究指明油管的螺旋屈曲对封隔器有严重的影响。本文将管柱分为在封隔器附近的空间梁柱段和与约束管壁连续接触的屈曲构形段，通过、分析求解管柱屈曲后所满足的四阶强非线性常微分方程，考虑管柱的固支端部边界条件和连续条件，得到了屈曲管柱变形的解析解。进而得到了管柱在封隔器附近的内力等。所得解析结果与Ｓｏｒｅｎｓｏｎ的数值结果一致。
孟令凯[6]2016年在《聚驱抽油机井杆管偏磨寿命预测方法研究》文中研究指明近几年来,随着国内三次采油技术不断完善,聚合物驱抽油机井的数量不断增加。聚合物溶液为幂律流体,采出液造成的法向力加剧了抽油杆与油管的偏磨,抽油杆的断脱和油管损坏事故与水驱井相比急剧增加。由于无法预测抽油机的检泵周期,油田多采用事后检泵的方法,严重影响了油田的经济效益。本文根据油田实际情况,运用多元回归的统计方法得出关于检泵周期的统计方程,然后分析聚驱井的实际受力情况,利用理论分析的方法预测聚驱抽油机井的检泵周期,对油田实际生产有重要意义。本文主要研究内容如下:统计油田实际的生产数据,基于多元非线性回归理论,利用MATLAB软件,建立检泵周期的回归模型,可以对单井的检泵周期进行预测;分别对回归方程和回归参数进行显著性检验,利用三参数威布尔分布,优化检泵周期的预测方程。基于静力平衡理论,考虑杆管接触时的轴向摩擦,建立杆柱螺旋屈曲构型函数和杆管接触压力的求解模型;研究法向力的影响因素,考虑聚驱井轴向力和法向力的共同作用时杆柱的弯曲模型和接触压力的计算模型;分析了不同杆管组合的情况下,最大等效接触应力的变化。基于能量磨损理论,考虑磨损深度变化,建立杆管磨损量的计算模型;基于静强度理论建立杆管柱的寿命预测模型;利用ANSYS有限元分析软件,分析受损杆管柱的最大等效应力随最大磨损深度的变化规律,进而求解杆管受损部位的应力集中系数与最大磨损深度间的关系式;基于疲劳损伤理论,以杆管柱为研究对象,建立预测其使用寿命的数学模型。运用软件Visual Basic6.0编程开发了《聚驱抽油机井杆管偏磨寿命预测软件》,实现对各生产参数对检泵周期的影响分析;实现聚驱井杆柱螺旋屈曲状态和杆管接触压力的仿真计算;分析各影响因素对法向力大小的作用;实现聚驱井杆管偏磨寿命的预测,为油田的提前检泵提供了理论参考。
张军文[7]2008年在《抽油杆扶正器摩擦磨损试验台的研制及摩擦磨损试验研究》文中研究表明随油田开发中后期的到来和油井综合含水的升高,有杆泵井的管杆偏磨腐蚀问题日益突出。根据抽油杆偏磨的规律,在容易发生偏磨的杆段加装抽油杆扶正器,已经成为防偏磨工艺技术中的一项重要措施。然而扶正器的品种繁多,性能差异较大,孰优孰劣需要在具体使用之后才能有所结论。为加速判断扶正器性能优劣,指导生产,研制与之相应的摩擦磨损试验台就变得非常有意义。本文就目前普遍使用的摩擦磨损试验台进行了综述,指出了其存在的问题,得出了新型试验台在性能上应做出的改进。并在此基础上,从材料磨损的角度出发,通过对扶正器磨损机理的研究,抽油杆井下所受侧向力的分析及计算,抽油杆扶正器井下作业具体环境的模拟,研制了新型抽油杆扶正器摩擦磨损试验台。并对该试验台的总体方案、工作原理进行了详细的阐述,对试验台有关性能参数的选定(如:电机功率的选定,夹紧力的计算及夹紧方案的设计,液压系统的设计等)进行了详尽的说明,对本试验台依托的MCGS组态软件所要实现的数据处理和管理功能进行了重点的介绍。最后,在本文的结尾,以具体实验为例,详细介绍了该实验中实验工况,实验步骤,并对本次实验的结果进行了分析比较。
参考文献：
[1]. 受圆管约束管柱的后屈曲行为研究[D]. 刘凤梧. 清华大学. 1999
[2]. 直井中抽油杆柱的后屈曲分析[D]. 周春苹. 哈尔滨工程大学. 2006
[3]. 水平受压柔性旋转梁屈曲特性分析及试验研究[D]. 赵蕾. 东北石油大学. 2017
[4]. 关于限制失稳的研究进展[J]. 郭英涛, 任文敏. 力学进展. 2004
[5]. 封隔器对油管螺旋屈曲的影响分析[J]. 刘凤梧, 徐秉业, 高德利. 清华大学学报(自然科学版). 1999
[6]. 聚驱抽油机井杆管偏磨寿命预测方法研究[D]. 孟令凯. 燕山大学. 2016
[7]. 抽油杆扶正器摩擦磨损试验台的研制及摩擦磨损试验研究[D]. 张军文. 北京化工大学. 2008