套管钻井中套管柱疲劳可靠性及相关力学特性研究.pdf

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1、第3O卷第5期石油学报VOi．3ONO．52009年9月ACTAPETROIEISINICASept．2009文章编号：0253—2697(2009)05—0769—05套管钻井中套管柱疲劳可靠性及相关力学特性研究闰相祯’邓卫东高进伟杨秀娟王同涛许志倩(1中国石油大学储运与建筑工程学院山东东营257061；2．中国石油大学机电工程学院山东东营2570613中国石油技术开发公司北京100009)摘要：利用CAE仿真技术和可靠性疲劳实验方法，研究了套管钻井中的有关力学fq题。分析了不同径厚比套管的受力状态、磨损套管剩余强度、套管柱的振动模态和

2、疲劳可靠度。研究结果表明，径厚比越大，套管管体Mises应力越大，套管发生失稳的临界荷载越小。对于均匀磨损，随着磨损长度的增大，套管的剩余抗拉和抗扭强度逐渐变大，并达到一个极限值；对于非均匀磨损，其剩余抗拉强度与磨损长度之间的关系均近似服从指数分布。两种磨损状态下，套管柱剩余抗拉和抗扭强度都随磨损量的增加而降低；套管柱外径对套管横向振动固有频率的影响大于径厚比对其的影响，纵向固有频率主要取决于管柱长度。运用可靠性方法，基于概率分析设计了单轴和双轴疲劳可靠性试验，得到了套管柱的单轴和双轴概率疲劳特性，推导出套管钻井的PSN曲线方程。关键词：

3、套管钻井；套管柱；剩余强度；疲劳可靠度；磨损量；CAE仿真技术中图分类号：TE21文献标识码：AAnalysisonmechanicsandfatiguereliabilityofcasingstringduringcasingdrillingYANXiangzhen’DENGWeidong。GAOJinweiYANGXiujuanWANGTongtaoXUZhiqian(1．CollegeofArchitecture&StorageEngineering，ChinaUniversityoJPetroleum，Dongying257061

4、，China：2．CollegeofMechanicalandElectronicEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Dongying257061。China：3．ChinaPetroleumTechnology&DevelopmentCorporation，Beijing100009，China)Abstract：ThemechanicsintheprocessofcasingdrillingwereanalyzedusingtheCAEstimulationandtestsoffatiguer

5、eliability，in—cludingtheforceactedonthecasingwithdifferentdiameter—thicknessratio，residualintensityofworncasing，vibrationmodalandfatiguereliabilityofthecasingstring．ThestudyresultsshowedthattheMisesstressOI1thecasinghadaproportionalrelationwiththediameter—thicknessratio，a

6、ndthecriticalinstabilityloadofcasinghadareverseproportionwiththediameter—thicknessratio．Fortheuniformwearofcasing，thelongerofthewearlengthofcasingledtOthebiggerresidualintensityandresistancetOdistortion，whichfinallyreachedalimitvalue．Forthenon—uniformwearofcasing，theresid

7、ualintensityhadanexponentialrelationwiththewearlength．Theresidualintensitiesboththeuniformwearandnonuniformwearofcasingshavethereverseproportionswiththeabrasiondepthoncasings．Theexternaldiameterofcasinghadthemoreinfluenceonlateralvibrationinherentfrequencythanthedi—ameter

8、—thicknessratio．Thelengthofcasingstringcontrolledthelateralvibrationinherentfrequency．Thereliabi