基于结构损伤的连续油管模型数字孪生研究
连续油管的服役环境复杂且多变，管壁的结构损伤是导致发生失效的主要原因之一。对于服役中的连续油管的安全评价问题，目前的解决方案不能够起到较好的指导作用，业界迫切需要一种能够对连续油管实时安全评价的有效方案。正是基于此，本文提出连续油管数字孪生的方案，开展连续油管作业过程中力学特征和结构损伤的耦合孪生方法研究。 为完成连续油管模型的数字孪生模型构建，对连续油管作业机理和需求进行了分析,分别针对连续油管作业设备和连续油管作业过程进行建模。本文首先对油气井的井筒单元进行模型构建，以建立三维井眼轨迹模型为目的完成了井眼轨迹拟合模块，结合坐标参数完成井口至井底的井筒单元组装，生成标准井筒模型;其次对连续油管的结构信息和材料信息提取关键参数，用以构建连续油管单元，为连续油管入井的行为模型的数据计算提供了信息接口;根据各个模块间的信息关联，将其耦合成完整的数字孪生模型，并将关键参数提取分类为结构信息、物理场信息和材料信息，就完成了连续油管模型的数字孪生体的构建，为后续的结构损伤模型和入井作业的行为模型提供孪生基础。 此外，本文对连续油管的结构损伤形式进行了研究，将常见的连续油管结构损伤归纳为无典型几何形状的结构损伤和具有典型几何形状的结构损伤。对于无典型几何形状的结构损伤，也就是壁厚减薄，本文提出了一种连续油管入井作业过程中与套管壁接触的算法模型，相比于传统的接触处理方式更为合理，实现了连续油管入井作业接触情况的预测，并结合磨损模型对连续油管入井作业的壁厚减薄提供了载荷计算、损伤量化和安全性评价方案;对于具有典型几何形状的结构损伤，完成了沟槽、孔洞和片状剥落损伤的模型简化和构建，采用应力集中理论对其应力集中系数进行计算，完成了基于此类损伤的连续油管单元的承载能力降低程度的量化方案，为连续油管下入过程的强度分析提供相关参数。 最后，对连续油管入井作业过程进行了行为模型构建。通过对入井后连续油管单元的载荷情况进行分析，综合考虑连续油管在多种载荷复合作用下的屈曲状态，提出了连续油管单元的下入性准则和螺旋屈曲态下的内外壁强度校核方法;完成了数字孪生系统的人机交互界面开发，提高了系统的可用性。
油气井;连续油管钻井;结构损伤;力学特征;数字孪生
西安石油大学
硕士
化工过程机械
李臻;魏文澜
2023
中文
TE242.9
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）