【摘 要】
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针对高压气井生产管柱振动的巨大危害,基于流体诱发振动角度,研究了高压高产气井生产管柱振动特性,包括其动力响应特性与固有模态。论文的主要研究内容及结论包括: 1.针对
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针对高压气井生产管柱振动的巨大危害,基于流体诱发振动角度,研究了高压高产气井生产管柱振动特性,包括其动力响应特性与固有模态。论文的主要研究内容及结论包括: 1.针对开关井瞬态流诱发生产管柱振动,建立了轴向振动流固耦合四方程模型。采用特征线法分析了生产管柱在关井工况下的振动响应。研究表明,考虑连接耦合和泊松耦合时,瞬变流诱发的流体压力波将与管柱应力波相互影响,导致流体压力剧烈波动,生产管柱处于不稳定应力状态并沿轴向做往复运动,加剧管柱的疲劳和磨损。 2.运用哈密顿原理,考虑管柱轴向力(包括管柱浮重)、流体流速、管内外流体压力等因素,建立了基于欧拉梁理论的生产管柱横向振动微分方程。采用伽辽金法求解了管柱横向振动固有频率。结果表明,重力增大管柱固有频率,当管柱较长时重力影响不可忽略;管柱固有频率随着轴向力、产量以及井底压力的增大而降低,其中井底压力和轴向力的影响较大,产量的影响很低。同时,论述了“虚拟力”产生的本质原因。 3.考虑轴向力、流速以及流体压力的影响,推导了基于铁摩辛柯梁理论的生产管柱面内振动八方程模型,使用传递矩阵法求解了直管柱轴向振动固有频率;分析了横向振动固有频率随流体流速、压力及轴向力变化的规律;分析了弯曲管柱面内振动固有频率随流速、压力、轴向力以及弯曲角度等参数变化的规律;建立了使用传递矩阵法求解考虑重力条件下管柱固有频率的计算方法。
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