水平定向钻杆力学效应模拟仿真研究

论文摘要

本文利用大型通用力学有限元分析软件ANSYS对水平定向钻杆的力学效应进行了模拟仿真研究。分别建立了在轴向力及扭矩作用下钻杆最大破坏荷载、在轴向力及侧向力作用下钻杆中最大弯曲应力及临界屈曲荷载与钻杆接头外径的关系及钻杆在钻进过程中所受摩阻计算的力学模型及有限元模型,并对模型进行了求解及分析。在模拟仿真计算的基础上,对模型进行了实验研究,从而使仿真结果的正确性得到了验证。

论文目录

• 第一章 绪论
• 第一节 水平定向钻进技术简介
• 1.1 水平定向钻进技术的特点
• 1.2 水平定向钻进技术的工作原理
• 第二节 研究的目的、意义
• 2.1 问题的提出
• 2.2 研究的目的和意义
• 第三节 国内外研究现状
• 3.1 国外的研究现状
• 3.1.1 非开挖技术研究
• 3.1.2 水平定向钻进技术的研究
• 3.2 国内研究现状
• 3.2.1 非开挖技术的研究
• 3.2.2 水平定向钻进技术的研究
• 第四节 研究的主要内容
• 1 水平定向钻杆弯扭应力分析
• 2 水平定向钻杆接头的力学效应研究
• 3 水平定向钻杆摩擦阻力模拟仿真计算
• 第二章 有限元法及软件简介
• 第一节 有限元法简介
• 1.1 有限元法的起源及发展
• 1.2 有限元法的特点
• 1.3 有限元法分析问题的基本步骤
• 第二节 有限元软件ANSYS 简介
• 2.1 ANSYS 功能简介
• 2.2 前处理模块PREP7
• 2.3 求解模块SOLUTION
• 2.4 后处理模块POST1 和POST26
• 2.5 ANSYS 软件的质量认证
• 第三章 水平定向钻杆弯扭应力模拟仿真分析
• 第一节 水平定向钻杆的结构及工况
• 1.1 钻杆的结构
• 1.2 钻杆的工况
• 第二节 水平定向钻杆力学及有限元模型的建立
• 2.1 钻杆力学模型的建立
• 2.2 钻杆有限元模型的建立
• 第三节 钻杆弯扭应力分析
• 3.1 钻杆只钻进不回转时最大轴向荷载的确定
• 3.1.1 形状改变比能准则（第四强度理论）
• 3.1.2 钻杆仿真研究量化指标的确定
• 3.1.3 仿真计算结果分析
• 3.1.3.1 钻杆应力分析
• 3.1.3.2 钻杆最大轴向承载力与弯曲半径关系分析
• 本章小结
• 第四章 水平定向钻杆接头力学效应的模拟仿真研究
• 第一节 模型的建立
• 1.1 水平定向钻杆在钻孔中的工作状态
• 1.2 钻杆力学模型的建立
• 1.3 有限元模型的建立
• 1.3.1 有限单元的选取
• 1.3.2 有限元模型的网格化
• 1.4 载荷及边界条件的施加
• 1.5 接头参数的确定
• 第二节 接头对钻杆弯曲应力的影响分析
• 2.1 量化指标的确定
• 2.2 有限元计算及计算结果的分析
• 2.2.1 应力等值线云图模拟显示
• 2.2.2 最大弯曲应力及结构变形量的求解结果
• 2.2.3 计算结果分析
• 第三节 接头对钻杆临界屈曲力的影响
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS 结构屈曲分析
• 3.2.1 特征值屈曲分析
• 3.2.2 非线性屈曲分析
• 3.3 接头对钻杆临界屈曲荷载影响规律的研究
• 3.3.1 有限元模型参数的确定
• 3.3.2 钻杆临界屈曲荷载的计算
• 3.3.3 计算结果分析
• 本章小结
• 第五章 水平定向钻杆摩擦阻力模拟仿真计算
• 第一节 引言
• 1.1 水平定向钻杆摩阻研究的目的及意义
• 1.2 国外研究的现状
• 1.3 我国钻井摩阻的研究现状
• 第二节 水平定向钻杆的受力变形特点及基本假设
• 第三节 水平定向钻杆摩阻仿真计算研究
• 3.1 有限单元的选取及材料属性的确定
• 3.1.1 有限单元的选取
• 3.1.2 屈服准则的确定
• 3.2 钻杆及土体模型的建立
• 3.3 模型的网格化
• 3.4 接触单元的设置
• 3.4.1 接触的特点及分类
• 3.4.1.1 一般的接触分类
• 3.4.1.2 面—面接触单元的特点
• 3.4.1.3 面—面接触分析
• 3.4.2 钻杆与土体的接触分析设置
• 3.5 加载及求解
• 3.5.1 施加面约束条件
• 3.5.2 设置求解选项
• 3.5.3 求解
• 第四节 影响水平定向钻杆摩阻因素的研究
• 4.1 摩擦系数对摩阻的影响研究
• 4.1.1 影响摩擦系数的因素
• 4.1.2 确定摩擦系数的一般方法
• 4.1.3 摩擦系数的合理确定
• 4.2 接触刚度对摩阻的影响研究
• 第五节 水平定向钻杆摩擦阻力模拟仿真算例
• 5.1 工程概况
• 5.2 导向孔设计
• 5.3 有限元仿真模型的建立及求解
• 5.3.1 土体及钻杆模型的建立
• 5.3.2 建立土体与钻杆的接触对
• 5.3.3 加载与求解
• 5.4 计算结果分析
• 5.5 计算结果与工程实测值的比较
• 本章小结
• 第六章 接头对钻杆弯曲应力影响的试验研究
• 1、试验条件
• 2、试验方法
• 3、试验结果及分析
• 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 1 结论
• 2 建议
• 参考文献
• 博士期间发表的学术论文
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 致谢