打孔管強(qiáng)度校核分析

李振坤 王天永 司磊 萬(wàn)亞軍 董義

摘 要：目前，國(guó)內(nèi)部分油田采用打孔管進(jìn)行完井設(shè)計(jì)，但是新型打孔管強(qiáng)度無(wú)理論參考依據(jù)。基于此，該文采用INVENTOR軟件對(duì)7"打孔管進(jìn)行建模，后續(xù)采用ANSYS WORKBENCH軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析，從而對(duì)其進(jìn)行力學(xué)校核。通過(guò)分析得出打孔管的強(qiáng)度和其應(yīng)力集中區(qū)域，可對(duì)鉆完井方案設(shè)計(jì)提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：打孔管 INVENTOR WORKBENCH 校核分析

中圖分類號(hào)：TE9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（a）-0068-01

新型打孔管在采油過(guò)程中可有效的防砂，對(duì)于提高原油采收率，避免修井作業(yè)具有重要意義。由于進(jìn)行打孔作業(yè)，管體強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，因此對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核對(duì)后續(xù)的完井作業(yè)具有非常重要的意義。本文利用數(shù)值模擬的方式對(duì)打孔管進(jìn)行了強(qiáng)度分析，其中利用INVENTOR軟件建立了7"打孔管模型，后續(xù)采用ANSYS的一個(gè)力學(xué)分析模塊WORKBENCH軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析。

1 7"篩管強(qiáng)度分析數(shù)值模擬

1.1 模型建立

該文利用INVENTOR軟件建立了7"篩管的模型，其中篩管直徑為177.8 mm，厚度為10.36 mm，開孔直徑為10 mm，每圈開孔為11個(gè)，第二排孔在第一排孔中間，兩排之間的距離為25.4 mm，然后沿管體循環(huán)分布，如圖1所示。

1.2 力學(xué)強(qiáng)度分析

通過(guò)INVENTOR軟件完成7"打孔管的模型，在數(shù)值模擬計(jì)算中采用彈性模型，強(qiáng)度判斷準(zhǔn)則依據(jù)抗壓強(qiáng)度準(zhǔn)則和米塞斯綜合應(yīng)力準(zhǔn)則。打孔管材料為L(zhǎng)80 13Cr，其材料參數(shù)和力學(xué)參數(shù)如表1所示。

將INVENTOR軟件建立的7"篩管的模型導(dǎo)入到ANSYS WORKBENCH。利用軟件自帶的自動(dòng)劃分網(wǎng)格功能，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，局部進(jìn)行了加密。

完成網(wǎng)格劃分后，即可對(duì)打孔管進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度分析，主要研究其抗拉強(qiáng)度和抗擠強(qiáng)度，研究結(jié)果如下。

1.2.1 抗拉強(qiáng)度

如圖2所示，對(duì)篩管一端面施加全約束，另一端面施加受力。施加的受力為1.0×106N，得到其Mises綜合應(yīng)力云圖。

如圖看出，打孔管受拉力1.0×106N，此時(shí)打孔管局部剛好達(dá)到了屈服強(qiáng)度552MPa，出現(xiàn)部位為打孔管打孔處。所以篩管所能承受的最大拉力為1.0×106N。

1.2.2 抗擠強(qiáng)度

如圖3所示，對(duì)打孔管兩端面施加全約束，外環(huán)面施加壓力。施加的受力為7.8×107Pa，得到其Mises綜合應(yīng)力云圖。

如圖看出，打孔管受外擠壓力7.8×107Pa，此時(shí)篩管局部剛好達(dá)到了屈服強(qiáng)度552MPa，出現(xiàn)在篩管打孔處和打孔管兩端面。所以篩管所能承受的最大擠壓應(yīng)力為7.8×107Pa。

2 結(jié)論

通過(guò)數(shù)值模擬研究，我們得了7"打孔管的力學(xué)強(qiáng)度，包括抗拉強(qiáng)度和抗擠強(qiáng)度。我們得出以下結(jié)論：

（1）新型7"打孔管的抗拉強(qiáng)度為1.0×106N，相當(dāng)于可承受100噸重物的拉力；其抗壓強(qiáng)度為7.8×107Pa，均符合油田現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求，可安全有效用于鉆完井作業(yè)。（2）新型7"打孔管的應(yīng)力集中區(qū)域主要出現(xiàn)在打孔處，可通過(guò)改進(jìn)打孔形狀和對(duì)開孔邊緣進(jìn)行強(qiáng)度加固，從而提高打孔管整體的力學(xué)強(qiáng)度。

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