管柱的屈曲现象确定方法和装置、电子设备和存储介质制造方法及图纸

本公开是关于一种管柱的屈曲现象确定方法和装置、电子设备和存储介质，属于管道领域。该方法包括，确定待测管柱的微元体的应力和力矩，微元体的应力为微元体受到的重力、支反力、摩擦力和压力的合力，微元体的力矩为微元体的弯矩和扭矩；基于微元体的应力和微元体的力矩确定微元体的平衡微分方程，微元体的平衡微分方程包括微元体的应力平衡微分方程和微元体的力矩平衡微分方程；基于微元体的平衡方程确定微元体的屈曲微分方程，微元体的屈曲微分方程表示所述微元体的总受力和总形变情况；基于微元体的屈曲微分方程确定待测管柱是否发生屈曲现象。屈曲现象。屈曲现象。

【技术实现步骤摘要】
管柱的屈曲现象确定方法和装置、电子设备和存储介质


[0001]本公开涉及管道领域，特别涉及一种管柱的屈曲现象确定方法和装置、电子设备和存储介质。

技术介绍

[0002]油井包括套管和油管，套管与井壁一般采用水泥封固，油管位于套管内。油管的管柱是由多根管道焊接而成，地下开采的油或者气通过油管运出地面。
[0003]近年来，随着油气行业的发展，油井的深度越来越深，管柱受到的温度越来越高，管柱受到的压力越来越大。高温高压的环境下，会造成管柱弯曲和扭曲，即管柱屈曲现象。
[0004]管柱屈曲现象会造成油管的路径的偏移，增大管柱受到的应力，容易造成油管损坏，影响油田的正常生产。

技术实现思路

[0005]本公开实施例提供了一种管柱的屈曲现象确定方法和装置、电子设备和存储介质，可确定管柱的屈曲现象。所述技术方案如下：
[0006]本公开提供了一种管柱的屈曲现象确定方法，所述方法包括：确定待测管柱的微元体的应力和力矩，所述微元体的应力为所述微元体受到的重力、支反力、摩擦力和压力的合力，所述微元体的力矩为所述微元体的弯矩和扭矩；基于所述微元体的应力和所述微元体的力矩确定所述微元体的平衡微分方程，所述微元体的平衡微分方程包括微元体的应力平衡微分方程和微元体的力矩平衡微分方程；基于所述微元体的平衡方程确定所述微元体的屈曲微分方程，所述微元体的屈曲微分方程表示所述待测管柱的每个微元体的总受力和总形变情况；基于所述微元体的屈曲微分方程确定所述待测管柱是否发生屈曲现象。
[0007]在本公开实施例的一种实现方式中，所述微元体的应力包括在随体坐标系内三个方向上的分量，确定待测管柱的微元体的应力，包括：分别确定所述待测管柱的每个微元体受到的重力、支反力、摩擦力和压力；将所述重力、所述支反力、所述摩擦力和所述压力中的每一个都在所述随体坐标系内分解为三个方向上的分量；将每个所述微元体在每个方向上所述重力、所述支反力、所述摩擦力和所述压力的分量分别进行合并，得到每个所述微元体的应力在所述随体坐标系内三个方向上的分量。
[0008]在本公开实施例的一种实现方式中，将所述重力、所述支反力、所述摩擦力和所述压力中的每一个都在所述随体坐标系内分解为三个方向上的分量，包括：
[0009]按照如下公式对所述重力进行分解：
[0010]G＝q
τ
e
τ
+q
n
e
n
+q
b
e
b
[0011]其中：
[0012]G—重力，单位：牛顿；
[0013]e
τ
—自然坐标内的一个方向矢量；
[0014]q
τ
—重力在e
τ
所在的方向上的分量，单位：牛顿；
[0015]e
n
—自然坐标内的一个方向矢量；
[0016]q
n
—重力在e
n
所在的方向上的分量，单位：牛顿；
[0017]e
b
—自然坐标内的一个方向矢量；
[0018]q
b
—重力在e
b
所在的方向上的分量，单位：牛顿；
[0019]按照如下公式对所述支反力进行分解：
[0020][0021]其中，
[0022]—支反力，单位：牛顿；
[0023]N—自然坐标的一个方向上的支反力分量，单位：牛顿；
[0024]β—待测管柱的材料的热膨胀系数，单位：米每摄氏度；
[0025]e2—自然坐标的一个方向矢量；
[0026]e3—自然坐标的一个方向矢量；
[0027]所述摩擦力包括库伦摩擦力和粘滞摩擦力，按照如下公式对所述库伦摩擦力进行分解：
[0028]f
kl
＝
±
f
kl
Ne1±
f
hx
Nsinβe2±
f
hx
Ncosβe3[0029]其中，
[0030]f
kl
—库伦摩擦力，单位：牛顿；
[0031]e1—自然坐标的一个方向矢量；
[0032]f
hx
—待测管柱与套管内壁间的环向摩擦系数；
[0033]按照如下公式对所述粘滞摩擦力进行分解：
[0034]f
nz
＝
±
(S
i
τ
fi
+S
o
τ
fo
)e1[0035]其中，
[0036]f
nz
—粘滞摩擦力，单位：牛顿；
[0037]S
i
—待测管柱截面内壁周长，单位：米；
[0038]τ
fi
—流体与待测管柱内壁间的粘性切应力，单位：牛顿每平方米；
[0039]S
o
—待测管柱截面外壁周长，单位：米；
[0040]τ
fo
—流体与待测管柱外壁间的粘性切应力，单位：牛顿每平方米；
[0041]按照如下公式对所述压力进行分解：
[0042]F
fb
＝(Ffbi
τ
‑
Ffbo
τ
)e
τ
+(Ffbi
n
‑
Ffbo
n
)e
n
+(Ffbi
b
‑
Ffbo
b
)e
b
[0043]其中，
[0044]F
fb
—压力，单位：牛顿；
[0045]Ffbi
τ
—压力的第一分布载荷在e
τ
方向上的分量，单位：牛顿；
[0046]Ffbo
τ
—压力的第二分布载荷在e
τ
方向上的分量，单位：牛顿；
[0047]Ffbi
n
—压力的第一分布载荷在e
n
方向上的分量，单位：牛顿；
[0048]Ffbo
n
—压力的第二分布载荷在e
n
方向上的分量，单位：牛顿；
[0049]Ffbi
b
—压力的第一分布载荷在e
b
方向上的分量，单位：牛顿；
[0050]Ffbo
b
—压力的第二分布载荷在e
b
方向上的分量，单位：牛顿。
[0051]在本公开实施例的一种实现方式中，所述微元体的应力平衡微分方程为：
[0052][0053]其中，
[0054]F1—轴向力，单位：牛顿；
[0055]F2—在自然坐标e2方向的剪力，单位：牛顿；
[0056]F3—在自然坐标e3方向的剪力，单位：牛顿；
[0057]F
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管柱的屈曲现象确定方法，其特征在于，所述方法包括：确定待测管柱的微元体的应力和力矩，所述微元体的应力为所述微元体受到的重力、支反力、摩擦力和压力的合力，所述微元体的力矩为所述微元体的弯矩和扭矩；基于所述微元体的应力和所述微元体的力矩确定所述微元体的平衡微分方程，所述微元体的平衡微分方程包括微元体的应力平衡微分方程和微元体的力矩平衡微分方程；基于所述微元体的平衡方程确定所述微元体的屈曲微分方程，所述微元体的屈曲微分方程表示所述待测管柱的每个微元体的总受力和总形变情况；基于所述微元体的屈曲微分方程确定所述待测管柱是否发生屈曲现象。2.根据权利要求1所述的管柱的屈曲现象确定方法，其特征在于，所述微元体的应力包括在随体坐标系内三个方向上的分量，确定待测管柱的微元体的应力，包括：分别确定所述待测管柱的每个微元体受到的重力、支反力、摩擦力和压力；将所述重力、所述支反力、所述摩擦力和所述压力中的每一个都在所述随体坐标系内分解为三个方向上的分量；将每个所述微元体在每个方向上所述重力、所述支反力、所述摩擦力和所述压力的分量分别进行合并，得到每个所述微元体的应力在所述随体坐标系内三个方向上的分量。3.根据权利要求2所述的管柱的屈曲现象确定方法，其特征在于，将所述重力、所述支反力、所述摩擦力和所述压力中的每一个都在所述随体坐标系内分解为三个方向上的分量，包括：按照如下公式对所述重力进行分解：G＝q
τ
e
τ
+q
n
e
n
+q
b
e
b
其中：G
‑
重力，单位：牛顿；e
τ
‑
自然坐标内的一个方向矢量；q
τ
‑
重力在e
τ
所在的方向上的分量，单位：牛顿；e
n
‑
自然坐标内的一个方向矢量；q
n
‑
重力在e
n
所在的方向上的分量，单位：牛顿；e
b
‑
自然坐标内的一个方向矢量；q
b
‑
重力在e
b
所在的方向上的分量，单位：牛顿；按照如下公式对所述支反力进行分解：其中，
‑
支反力，单位：牛顿；N
‑
自然坐标的一个方向上的支反力分量，单位：牛顿；β
‑
待测管柱的材料的热膨胀系数，单位：米每摄氏度；e2‑
自然坐标的一个方向矢量；e3‑
自然坐标的一个方向矢量；所述摩擦力包括库伦摩擦力和粘滞摩擦力，按照如下公式对所述库伦摩擦力进行分解：
f
kl
＝
±
f
kl
Ne1±
f
hx
Nsinβe2±
f
hx
Ncosβe3其中，f
kl
‑
库伦摩擦力，单位：牛顿；e1‑
自然坐标的一个方向矢量；f
hx
‑
待测管柱与套管内壁间的环向摩擦系数；按照如下公式对所述粘滞摩擦力进行分解：f
nz
＝
±
(S
i
τ
fi
+S
o
τ
fo
)e1其中，f
nz
‑
粘滞摩擦力，单位：牛顿；S
i
‑
待测管柱截面内壁周长，单位：米；τ
fi
‑
流体与待测管柱内壁间的粘性切应力，单位：牛顿每平方米；S
o
‑
待测管柱截面外壁周长，单位：米；τ
fo
‑
流体与待测管柱外壁间的粘性切应力，单位：牛顿每平方米；按照如下公式对所述压力进行分解：F
fb
＝(Ffbi
τ
‑
Ffbo
τ
)e
τ
+(Ffbi
n
‑
Ffbo
n
)e
n
+(Ffbi
b
‑
Ffbo
b
)e
b
其中，F
fb
‑
压力，单位：牛顿；Ffb...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉飞，唐庚，刘祥康，丁亮亮，张健涛，陆林峰，张林，罗伟，田璐，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：