打孔管强度校核分析

李振坤 王天永 司磊 万亚军 董义

摘 要：目前，國内部分油田采用打孔管进行完井设计，但是新型打孔管强度无理论参考依据。基于此，该文采用INVENTOR软件对7"打孔管进行建模，后续采用ANSYS WORKBENCH软件进行强度分析，从而对其进行力学校核。通过分析得出打孔管的强度和其应力集中区域，可对钻完井方案设计提供一定的理论参考。

关键词：打孔管 INVENTOR WORKBENCH 校核分析

中图分类号：TE9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（a）-0068-01

新型打孔管在采油过程中可有效的防砂，对于提高原油采收率，避免修井作业具有重要意义。由于进行打孔作业，管体强度会发生变化，因此对其进行强度校核对后续的完井作业具有非常重要的意义。本文利用数值模拟的方式对打孔管进行了强度分析，其中利用INVENTOR软件建立了7"打孔管模型，后续采用ANSYS的一个力学分析模块WORKBENCH软件进行强度分析。

1 7"筛管强度分析数值模拟

1.1 模型建立

该文利用INVENTOR软件建立了7"筛管的模型，其中筛管直径为177.8 mm，厚度为10.36 mm，开孔直径为10 mm，每圈开孔为11个，第二排孔在第一排孔中间，两排之间的距离为25.4 mm，然后沿管体循环分布，如图1所示。

1.2 力学强度分析

通过INVENTOR软件完成7"打孔管的模型，在数值模拟计算中采用弹性模型，强度判断准则依据抗压强度准则和米塞斯综合应力准则。打孔管材料为L80 13Cr，其材料参数和力学参数如表1所示。

将INVENTOR软件建立的7"筛管的模型导入到ANSYS WORKBENCH。利用软件自带的自动划分网格功能，对模型进行网格划分，局部进行了加密。

完成网格划分后，即可对打孔管进行力学强度分析，主要研究其抗拉强度和抗挤强度，研究结果如下。

1.2.1 抗拉强度

如图2所示，对筛管一端面施加全约束，另一端面施加受力。施加的受力为1.0×106N，得到其Mises综合应力云图。

如图看出，打孔管受拉力1.0×106N，此时打孔管局部刚好达到了屈服强度552MPa，出现部位为打孔管打孔处。所以筛管所能承受的最大拉力为1.0×106N。

1.2.2 抗挤强度

如图3所示，对打孔管两端面施加全约束，外环面施加压力。施加的受力为7.8×107Pa，得到其Mises综合应力云图。

如图看出，打孔管受外挤压力7.8×107Pa，此时筛管局部刚好达到了屈服强度552MPa，出现在筛管打孔处和打孔管两端面。所以筛管所能承受的最大挤压应力为7.8×107Pa。

2 结论

通过数值模拟研究，我们得了7"打孔管的力学强度，包括抗拉强度和抗挤强度。我们得出以下结论：

（1）新型7"打孔管的抗拉强度为1.0×106N，相当于可承受100吨重物的拉力；其抗压强度为7.8×107Pa，均符合油田现场作业要求，可安全有效用于钻完井作业。（2）新型7"打孔管的应力集中区域主要出现在打孔处，可通过改进打孔形状和对开孔边缘进行强度加固，从而提高打孔管整体的力学强度。

参考文献

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