爆轰冲击载荷作用下射孔段管柱动力响应分析

论文摘要

聚能射孔爆轰过程产生的巨大冲击波作用于管柱,冲击载荷和狭长、复杂井筒边界下的管柱动力响应与安全性研究未见文献报道。基于有限元建模和理论方法分析射孔管柱动力响应以期为管柱强度安全分析提供依据。应用振动力学悬臂梁理论,考虑管柱自重及轴向冲击载荷作用,建立管柱动力学模型,导出管柱纵向振动微分方程,应用分离变量法求解,得到管柱振动固有频率、主振型及位移动力响应表达式。应用Workbench模块,基于有限元瞬态动力学方法,以27/8"×5.51 mm P110油管为对象,建立射孔段管柱三维有限元模型,作用井下实测冲击载荷,分析管柱的动力响应规律。结果表明:管柱固有频率有限元解和解析解平均相对差4.18%,有限元法满足精度要求。位移、速度、加速度随时间以15 ms周期变化,9 ms时,管柱压缩最大值为19.15 mm,95 ms时,管柱伸长最大值为9.1 mm;自由端速度达到最大值5.45 m/s;加速度达到最大值2.85 km/s~2。管柱应力波传播速度约4 930 m/s,与理论结果5 123 m/s相近。采用该研究的有限元建模和理论方法分析射孔管柱动力响应满足精度要求;据此得到的射孔管柱速度、加速度和应力变化规律可指导实际生产;并可为复杂边界条件的细长杆振动研究提供参考。

论文目录

• 1 射孔段管柱动力学模型建立
•   1.1 射孔段管柱物理模型描述
•   1.2 射孔段管柱边界条件和初始条件的确定
• 2 射孔段管柱固有频率与主振型分析
• 3 冲击载荷下管柱动力响应基本方程分析
• 4 射孔段管柱动力响应有限元分析
•   4.1 射孔段管柱三维有限元模型的建立
•   4.2 射孔段管柱固有频率解析解与有限元解对比与分析
•   4.3 射孔段管柱动态位移分析
•   4.4 射孔段管柱速度与加速度对比与分析
•   4.5 射孔段管柱等效应力分析
•   4.6 射孔段管柱应力波传播规律分析
• 5 装药质量和密度及射孔段长度的影响分析
•   5.1 装药密度对管柱强度安全性影响分析
•   5.2 装药量对管柱强度安全性影响分析
•   5.3 射孔段长度对管柱强度安全性影响分析
• 6 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 李明飞,徐绯,窦益华

关键词: 油气井开采,冲击载荷,射孔管柱,动力响应,瞬态分析

来源: 振动与冲击 2019年18期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,工程科技Ⅰ辑

专业: 石油天然气工业

单位: 西北工业大学航空学院,西安石油大学机械工程学院

基金: 国家自然科学基金(51674199),省基金(2018JM5015)

分类号: TE257.1

DOI: 10.13465/j.cnki.jvs.2019.18.026

页码: 185-191+222

总页数: 8

文件大小: 2332K

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