液压环境下流体对管柱单元XYZ方向作用力分析

通过对液压环境(即静流体作用)下的管柱进行离散分析,说明了现有模型在分析静流体对管柱单元作用力时的不足。采用微元法结合高斯公式对静流体下管柱单元的受力进行了分析,运用先补全,再减去所补面积的等效方法,得到了静流体对管柱单元侧面产生的作用力的理论计算方法。建立了液压环境下,静流体对任意管柱单元(直线单元或曲线单元)X、Y、Z方向作用力和浮力系数的理论计算模型。基于相关理论计算模型,结合ANSYS有限元进行模拟计算,得出了在水深300m~3000m处,30°和90°等曲率圆弧管柱的X、Y、Z方向作用力的理论计算结果与ANSYS模拟分析结果。相关结果对比表明:ANSYS有限元计算结果与理论计算结果间最大的绝对误差不足0.4%,验证了本文建立的理论计算模型的正确性。     

高造斜井眼轨迹控制工具主轴力学行为研究与优化设计

依据高造斜井眼轨迹控制工具的基本结构,建立实际工况下的主轴力学模型.分析了钻压、偏置机构的偏距对主轴力学行为的影响规律,分析得出,外壳与主轴存在较强的相互作用;增加钻压会降低钻头偏转角、偏置机构作用力和主轴最大截面弯矩;钻头偏转角、偏置机构作用力和主轴最大截面弯矩随着偏置机构偏距的增加而线性增加.通过分析偏置机构安装位置、主轴刚度对主轴力学行为的影响规律得出,降低主轴刚度能有效减小偏置机构作用力和主轴最大截面弯矩,且不影响钻头的偏转角.该分析能有效指导高造斜井眼轨迹控制工具的设计与现场应用.     

深水钻井隔水管与井口耦合作用力学仿真分析

深水钻井时由于海底情况复杂,井口系统的稳定性可能受到诸多因素的影响。本文结合实际工况,综合考虑浪流载荷和地基反力等因素,建立了深水钻井系统力学理论模型,并分析了张紧力和平台偏移量对隔水管和地层组合管柱力学行为的影响规律。分析结果表明:上部载荷对地层管柱作用都集中在管柱的上部较短区域,作用能力有限;增加张紧力可以减小隔水管的横向位移和截面弯矩,有利于隔水管的稳定,但是会增加地层组合管柱的横向位移和弯矩,增加井口装置倾覆的风险;过大的平台偏移量会导致全段管柱较大的横向位移和截面弯矩,使得管柱被破坏的可能性大幅度增加。所以在钻井作业时,有必要控制平台偏移量,取用合适的张紧力,保证作业安全。     

基于PSO–GPR含缺陷管道失效应力预测

传统对含缺陷管道失效应力的预测方法存在误差偏大的问题。针对该问题，利用MATLAB软件建立基于PSO–GPR(particle swarm optimization–Gaussian process regression)含缺陷管道失效应力预测模型。通过对60组含缺陷管道的试验数据进行测试，发现预测结果与实测结果均在95%置信区间内，表明可以将均值作为预测结果。对预测结果进行分析表明：高斯过程回归的预测结果与实测结果的最小相对误差为0.003%，最大相对误差为1.205%，平均相对误差为0.319%，基于预测结果和实测结果的散点均落在曲线y=x的±1.3%误差带中，验证了高斯过程回归预测模型的准确性，为管道的工程实际应用与维修提供较为精准的判断依据。