变曲率井中有重钻柱屈曲的非线性有限元分析

基于等曲率井中有重钻柱屈曲的平衡方程及对应的泛函表达式,建立了采用有限元法对变曲率井中有重钻柱屈曲过程进行分析的方法,给出了求解变曲率井中钻柱屈曲非线性方程的算法。力学模型中考虑了钻柱重力、井眼轨迹曲率半径变化率对屈曲的影响。分析结果表明:钻柱上端轴向载荷增大时,钻柱的下端先出现局部屈曲,随后屈曲向钻柱上部扩展,导致钻柱发生整体屈曲;屈曲位移、井壁约束力线密度和钻柱弯矩都呈周期性变化;井眼的弯曲对钻柱屈曲具有抑制作用,井眼轨迹曲率半径变化率越大,钻柱的屈曲也越严重。

微分求积单元法分析变曲率井内受径向约束管柱的非线性屈曲

基于Love的空间弯扭杆平衡方程,通过引入井壁约束条件导出了平面变曲率井内受径向约束管柱的平衡方程。采用微分求积单元和增量迭代法求解了曲率线性变化的井内管柱的非线性屈曲问题,通过与有限元计算结果的对比验证了所构建方法和编写程序的正确性,而且还表明微分求积单元法有方法简单、易于实施,计算量少、精度较高等优点。计算结果表明,等曲率井内管柱屈曲的临界载荷明显大于曲率线性变化井内管柱屈曲的临界载荷,另外,变曲率井眼的曲率变化对管柱弯矩、井壁约束力有显著的影响。