基于半隐式法的超短半径水平井井筒内管柱非线性屈曲分析

来源：计算力学学报杂志2025年第3期北京时间：

作者：罗敏,崔文磊,徐亭亭,李巧珍

单位：东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163000,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163000,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163000,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163000

摘要：井筒内管柱受轴向载荷作用容易发生螺旋屈曲,导致管柱下入困难,螺旋屈曲严重时可发生自锁,甚至对管柱自身造成破坏。在静力学求解管柱屈曲时,容易出现计算不收敛和结果不稳定问题,而用动力学求解时,则会导致计算时间长和计算效率低的问题。为此,将隐式求解和显式求解的优点相结合,提出井筒内管柱非线性屈曲分析的半隐式法,在保证计算效率的同时,解决了管柱屈曲分析的收敛和稳定性问题。通过算例验证了半隐式方法的有效性。基于半隐式法建立了超短半径水平井井筒内管柱屈曲的有限元分析模型,分析了管柱在井筒内的屈曲形态、横向位移和接触压力等。研究结果表明,管柱发生螺旋屈曲之前先发生三维横向屈曲,且发生三维横向屈曲的临界载荷大于发生螺旋屈曲的载荷,在发生三维横向屈曲后,很容易演变为螺旋屈曲。管柱等效应力最大值为359 MPa,塑性应变最大值为0.234,管柱屈曲程度越严重,管柱轴向载荷传递效率越小。

关键词：半隐式法,管柱,非线性,屈曲,有限元法,超短半径水平井,

基金资助：东北石油大学"国家基金"培育基金(2022GPL-11);国家自然科学基金(51674088);黑龙江省自然科学基金(LH2021E011)资助项目.