东北石油大学设计弯曲段套管抗挤强度有限元材料.doc

东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 年 月 日 东北石油大学课程设计任务书 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 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，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°/100m、4°/100m、6°/100m、8°/100m、10°/100m，分析计算各种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 年月日第1章 概述 1 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 13 第1章概述 1.1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其油层段应尽量使用高强度、大壁厚的套管, 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，所以要尽量避免油井套管所加载的外载荷超出其所承受的极限，从而保证油井的正常使用寿命。在进行油井套管的强度分析时，通常通过解析法对其进行计算校核，其中难免采用很多经验值和经验公式，因此，用该方法分析得到的结果不够准确。本文中通过大型有限元软件对套管的强度进行分析，可以得到非常精确的结果，对工程应用有非常重要的指导意义。1.2 弯曲段套管抗挤强度有限元分析的主要内容 分析该问题应该首先从的抗挤强度入手，用ANSYS对套管建模