可膨胀割缝管结构设计

论文摘要

近年来,膨胀筛管应用于疏松砂岩完井取得了比较好的效果,可膨胀割缝管作为膨胀筛管的基管对膨胀筛管起着支撑作用,故而可膨胀割缝管的结构设计,成为膨胀筛管研究的关键课题之一。可膨胀割缝管由于膨胀锥的作用膨胀产生较大的塑性变形。其作用力的大小与管柱本身的几何尺寸、割缝几何形状、膨胀锥锥形角度、锥底直径、锥体与管柱结合面的润滑及材料的机械性能等因素有关。本文首先通过对膨胀锥以及可膨胀割缝管的力学分析,建立了可膨胀割缝管受到的轴向拉力与锥形角度、摩擦系数、膨胀前后的壁厚、金属条幅在圆周上的角度等参数之间的关系,以及施加在膨胀锥上的膨胀力与锥形角度、摩擦系数、壁厚、锥底直径、割缝的长度、割缝角度、金属条幅角度等参数的关系,分别得出了两种不同膨胀形式的有关方程式。然后根据力学分析结果利用有限元原理,在ANSYS环境下对各种不同结构的可膨胀割缝管膨胀过程进行了合理简化并进行了有限元模拟,得到了其膨胀后的应力、位移等值线图,通过后处理分析和结构优化选定了可膨胀割缝管的最佳结构。在选定了可膨胀割缝管结构后,利用室内试验进行了验证。为下一步大尺寸可膨胀割缝管的结构设计积累了经验,提供了设计思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 膨胀管技术的概况及现状
• 1.1.1 实体膨胀管
• 1.1.2 割缝膨胀管
• 1.1.3 膨胀筛管
• 1.1.4 割缝膨胀筛管
• 1.2 可膨胀割缝管的结构设计方法
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 可膨胀割缝管膨胀过程力学分析
• 2.1 膨胀管膨胀系统相互关系
• 2.2 缝眼数量的确定
• 2.3 可膨胀割缝管力学模型的建立
• 2.3.1 塑性变形能大小的确立
• 2.3.2 膨胀锥表面正应力大小的关系式
• 2.3.3 摩擦引起的耗散能量
• 2.3.4 膨胀力大小的确定
• 2.3.5 膨胀力方程应用举例
• 2.4 本章小结
• 第三章 可膨胀割缝管结构设计
• 3.1 割缝管的布缝方式选择
• 3.1.1 割缝方式
• 3.1.2 缝隙的形状
• 3.1.3 可膨胀割缝管比较适合的割缝形式
• 3.2 可膨胀割缝管主体管结构设计
• 3.2.1 ANSYS 的主要技术特点
• 3.2.2 前处理
• 3.2.3 建立模型
• 3.2.4 网格划分
• 3.2.5 边界条件与加载
• 3.2.6 有限元计算
• 3.2.7 数据分析
• 3.2.8 可膨胀割缝管结构优化
• 3.3 本章小结
• 第四章 可膨胀割缝管室内膨胀试验
• 4.1 试验装置简介
• 4.1.1 试验装置结构及工作原理
• 4.1.2 试验装置工作参数
• 4.2 试验步骤
• 4.3 膨胀试验
• 4.4 试验数据
• 4.5 结果与讨论
• 结论
• 主要研究成果
• 有待进一步深入研究的几个主要问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢