深水导管柱承载能力的研究

作     者：李基伟 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李子丰

授予年度：2012年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：导管 喷射钻井 承载能力 ABAQUS 时间效应 下入深度 

摘      要：深水钻井水下井口上部连接防喷器组及隔水管，下部连接套管串，在钻井作业过程中承受作用力很复杂，一旦发生井口失稳，将会带来严重后果。导管柱承载能力的强弱直接影响到井口的稳定性。如果导管柱的尺寸过小或下入深度不足，造成井口失稳，塌陷等钻井事故;如果钻井导管的尺寸或入泥深度过大，造成经济上不必要的浪费。因此对导管承载力和下入深度的研究具有重要的意义。 文章应用有限元分析软件ABAQUS对导管横向稳定性进行分析。首先基于有限元分析软件ABAQUS建立导管柱横向受力模型，在模型中把导管看作插入土壤中的等强度的梁，用可以描述管柱和地基之间非线性作用特性的p-y曲线法描述地基反力，应用ABAQUS中的非线性弹簧单元模拟导管受到的非线性土壤抗力。并通过算例与专业软件FLPIER、COM624P和GPILE相比验证模型的可靠性，最后通过算例，分析了导管直径、壁厚、下入深度、井口受力状况对导管横向承载能力的影响情况。 根据导管下入施工工艺，分析导管柱最容易发生塌陷的危险情况，即导管受到竖向载荷最大的情况。根据桩基理论和土力学相关知识，建立这种情况下的导管竖向受力分析模型并给出相应的承载力计算方法。 本文结合入泥桩承载力的时间效应给出导管合理的下入深度设计方法。通过分析土力学中桩承载力时间效应的预测方法，选用一种适合我国深水区域的计算导管柱承载力时间效应方法，结合了导管承受最大竖向载荷的受力模型，设计出导管最佳的下入深度。最后通过算例分析了导管直径、壁厚、恢复时间、承载力增长系数对导管竖向承载能力的影响。 依据上述理论研究，利用VB6.0研发了导管下入深度分析软件，对现场深水钻井下入导管作业有一定的指导意义。