某油田全井钻柱动态分析软件
全井钻柱动力学分析软件包括前处理、计算分析模块和后处理显示部分。预处理部分包括钻井参数和钻柱参数的输入、几何模型的建立、边界条件的应用、网格生成以及数据的输出和存储;计算分析模块包括静力分析和频域分析;动态特性计算的后处理部分主要是根据计算核心部分获得的数据,进一步求解钻柱各部位的应变和应力,形成动态应力图和曲线图,并制作动画,方便直观地观察钻柱的运动。
1软件概述
本软件操作手册详细介绍了钻头钻柱系统动力学分析软件的总体结构、性能指标、系统功能及各功能模块的操作方法,1.1软件用途全井钻柱动力学分析软件包括前处理、计算分析模块和后处理显示部分(见图1)。预处理部分包括钻井参数和钻柱参数输入(见图2)、几何模型建立、边界条件应用、网格生成、数据输出和存储(见图3);计算分析模块包括静力分析和频域分析;动态特性计算的后处理部分主要是根据计算核心部分获得的数据,进一步求解钻柱各部位的应变和应力,形成动态应力图和曲线图,并制作动画,方便直观地观察钻柱的运动(见图4)。
图1软件系统结构
图2预处理参数输入
图3预处理结构
结构
1.2软件性能指标
1.预处理模块
预处理模块能够满足全井动态分析快速建模、网格生成、边界条件应用和数据管理的要求,满足全井动态频域分析的需要,并降低建模的复杂性
技术指标:
模型建立:根据输入的钻柱和井下工具尺寸参数快速生成整井钻柱模型。
网格生成:可根据感兴趣的对象对关键区域进行网格划分。
边界条件的应用:边界条件可根据不同的分析内容(静力学/动力学)自由应用。
2.计算分析模块
计算分析模块可通过预处理建模生成的数据进行静态分析和频域分析。该模块通过静力分析模块获得接触位置、接触反力计算和摩擦阻力计算,还可以通过自由振动分析获得共振频率和振型,通过受迫振动分析,还可以得到临界转速下指定转速范围内某个节点的振动情况(振幅和应力),以及整个井钻柱的振动情况和振动形式。通过分析计算,可以快速有效地控制井眼轨迹,检查钻柱强度,优化钻柱组合和工作参数,优化井筒结构,诊断,及时发现并解决井下各种问题
技术指标:
静力分析:接触反力计算、摩擦阻力计算。
频域分析:自由振动分析、共振率计算、受迫振动分析、,临界转速计算。
3.后处理模块
动态特性计算的后处理部分主要是根据计算核心部分获得的数据,进一步求解钻柱各部位的应变和应力,形成动态应力图和曲线图,并制作动画,方便直观地观察钻柱的运动
技术指标:
曲线:钻柱各位置应变、应力、共振率的时程曲线,以及井筒与钻柱之间的接触反作用力和摩擦阻力的时程曲线。
云图:显示各种因素下的变形、应力和模式。
动画:钻柱动态过程的各个时程状态。
1.3软件操作环境
操作系统:;Windows 7(64位)及以上
2软件操作和使用
2.1界面介绍
(1)软件启动:点击drilling.exe启动软件,创建新项目,设置项目名称、项目路径和计算问题类型。如图5所示。
图5;新项目
(2)总体界面介绍:整个界面主要分为菜单栏、操作控制区、显示控制区、显示控制区工具栏、状态栏和信息输出。如图6所示。
图6总体界面介绍
(3)显示控制区工具栏介绍:整个工具栏主要分为显示网格面、平移、旋转、缩放、屏幕缩放、阴影、阴影和线、轴有限元、拾取、清除、导入几何模型、导入网格模型、平面视图和立体视图。如图7所示。
图7工具栏简介
2.2模型建立
2.2.1预处理参数输入窗口
(1)首先点击井眼轨迹输入窗口,输入井号、井深、井坐标,或者导入井径数据,然后点击确定保存井模型数据。如图8所示,点击井眼结构输入窗口,输入井眼轨迹对应的井眼结构的井眼类型、深度、长度、内径、摩擦系数等参数,点击确定,保存井眼模型对应的井眼结构数据。如图9所示。其次,单击BHA输入窗口,输入BHA类型、井深、长度、内径、外径和线宽等参数。单击“确定”存储与井筒模型对应的BHA数据,并显示最终建立的钻柱井模型。如图10和图11所示,请注意输入的模型数据,其中,井筒结构的内径大于BHA的外径。
图8井眼轨迹输入
图9井眼结构输入
图10 BHA输入
{[110]
图11模型建立
两点3.2网格划分
(1)单击“自动网格生成”以设置计算区域的网格分割单位大小并显示它。如图12所示。
图12;栅格设置
(2)如果需要加密区域,可以自定义细分。如图13所示。
图13;进行自定义剖切设置
2.2.3边界条件应用
1) 单击边界条件设置以计算区域约束和荷载应用。输入模式可以是模型拾取和手动输入。选择1作为自由应力节点,选择-1作为位移约束节点。TX、ty、TZ、Rx、ry和RZ分别是三个正方向值和三个切向值。将显示节点框中的应用程序节点输入,并显示输入窗口。单击“保存”以完成应用程序。在每次重新应用之前单击Reset,如图14所示。
;边界条件设置
2.2.4接触静力分析
均布荷载作用下的梁两端固定,梁长设置为l=10m,梁与刚性面间距为&Delta=0.05m,梁抗弯刚度EI=6.1350倍;104n∙ m2,荷载Q取三个不同值:(1)Q=353.376n/m(2)Q=400N/m;(3)Q=1500N/m,分为100个单元,每个单元长度为0.1M。在不同荷载条件下,梁与刚性平面接触变形云图如图15所示,接触位置云图如图16所示。
;不同加载条件下梁与刚性平面接触变形云图
;接触位移云图显示
2.2.5频域分析
仍在研究两端固定长度为10m的梁。梁的弹性模量为100GPa,泊松比为0.3,钻柱内径为0.2m,外径为0.3m,密度为7800kg/m3。梁的前五个固有圆频率计算如下:33.23156.14344.94595.89695.33。前五个模态如图17所示,其中第五频率对应于轴向旋转。
图17前五阶波束阵列,其中五阶振型为轴向扭转振动
;
本软件操作手册详细介绍了钻头钻柱系统动力学分析软件的总体结构、性能指标、系统功能及各功能模块的操作方法,1.1软件用途全井钻柱动力学分析软件包括前处理、计算分析模块和后处理显示部分(见图1)。预处理部分包括钻井参数和钻柱参数输入(见图2)、几何模型建立、边界条件应用、网格生成、数据输出和存储(见图3);计算分析模块包括静力分析和频域分析;动态特性计算的后处理部分主要是根据计算核心部分获得的数据,进一步求解钻柱各部位的应变和应力,形成动态应力图和曲线图,并制作动画,方便直观地观察钻柱的运动(见图4)。
图1软件系统结构
图2预处理参数输入
图3预处理结构
结构
1.2软件性能指标
1.预处理模块
预处理模块能够满足全井动态分析快速建模、网格生成、边界条件应用和数据管理的要求,满足全井动态频域分析的需要,并降低建模的复杂性
技术指标:
模型建立:根据输入的钻柱和井下工具尺寸参数快速生成整井钻柱模型。
网格生成:可根据感兴趣的对象对关键区域进行网格划分。
边界条件的应用:边界条件可根据不同的分析内容(静力学/动力学)自由应用。
2.计算分析模块
计算分析模块可通过预处理建模生成的数据进行静态分析和频域分析。该模块通过静力分析模块获得接触位置、接触反力计算和摩擦阻力计算,还可以通过自由振动分析获得共振频率和振型,通过受迫振动分析,还可以得到临界转速下指定转速范围内某个节点的振动情况(振幅和应力),以及整个井钻柱的振动情况和振动形式。通过分析计算,可以快速有效地控制井眼轨迹,检查钻柱强度,优化钻柱组合和工作参数,优化井筒结构,诊断,及时发现并解决井下各种问题
技术指标:
静力分析:接触反力计算、摩擦阻力计算。
频域分析:自由振动分析、共振率计算、受迫振动分析、,临界转速计算。
3.后处理模块
动态特性计算的后处理部分主要是根据计算核心部分获得的数据,进一步求解钻柱各部位的应变和应力,形成动态应力图和曲线图,并制作动画,方便直观地观察钻柱的运动
技术指标:
曲线:钻柱各位置应变、应力、共振率的时程曲线,以及井筒与钻柱之间的接触反作用力和摩擦阻力的时程曲线。
云图:显示各种因素下的变形、应力和模式。
动画:钻柱动态过程的各个时程状态。
1.3软件操作环境
操作系统:;Windows 7(64位)及以上
2软件操作和使用
2.1界面介绍
(1)软件启动:点击drilling.exe启动软件,创建新项目,设置项目名称、项目路径和计算问题类型。如图5所示。
图5;新项目
(2)总体界面介绍:整个界面主要分为菜单栏、操作控制区、显示控制区、显示控制区工具栏、状态栏和信息输出。如图6所示。
图6总体界面介绍
(3)显示控制区工具栏介绍:整个工具栏主要分为显示网格面、平移、旋转、缩放、屏幕缩放、阴影、阴影和线、轴有限元、拾取、清除、导入几何模型、导入网格模型、平面视图和立体视图。如图7所示。
图7工具栏简介
2.2模型建立
2.2.1预处理参数输入窗口
(1)首先点击井眼轨迹输入窗口,输入井号、井深、井坐标,或者导入井径数据,然后点击确定保存井模型数据。如图8所示,点击井眼结构输入窗口,输入井眼轨迹对应的井眼结构的井眼类型、深度、长度、内径、摩擦系数等参数,点击确定,保存井眼模型对应的井眼结构数据。如图9所示。其次,单击BHA输入窗口,输入BHA类型、井深、长度、内径、外径和线宽等参数。单击“确定”存储与井筒模型对应的BHA数据,并显示最终建立的钻柱井模型。如图10和图11所示,请注意输入的模型数据,其中,井筒结构的内径大于BHA的外径。
图8井眼轨迹输入
图9井眼结构输入
图10 BHA输入
{[110]
图11模型建立
两点3.2网格划分
(1)单击“自动网格生成”以设置计算区域的网格分割单位大小并显示它。如图12所示。
图12;栅格设置
(2)如果需要加密区域,可以自定义细分。如图13所示。
图13;进行自定义剖切设置
2.2.3边界条件应用
1) 单击边界条件设置以计算区域约束和荷载应用。输入模式可以是模型拾取和手动输入。选择1作为自由应力节点,选择-1作为位移约束节点。TX、ty、TZ、Rx、ry和RZ分别是三个正方向值和三个切向值。将显示节点框中的应用程序节点输入,并显示输入窗口。单击“保存”以完成应用程序。在每次重新应用之前单击Reset,如图14所示。
;边界条件设置
2.2.4接触静力分析
均布荷载作用下的梁两端固定,梁长设置为l=10m,梁与刚性面间距为&Delta=0.05m,梁抗弯刚度EI=6.1350倍;104n∙ m2,荷载Q取三个不同值:(1)Q=353.376n/m(2)Q=400N/m;(3)Q=1500N/m,分为100个单元,每个单元长度为0.1M。在不同荷载条件下,梁与刚性平面接触变形云图如图15所示,接触位置云图如图16所示。
;不同加载条件下梁与刚性平面接触变形云图
;接触位移云图显示
2.2.5频域分析
仍在研究两端固定长度为10m的梁。梁的弹性模量为100GPa,泊松比为0.3,钻柱内径为0.2m,外径为0.3m,密度为7800kg/m3。梁的前五个固有圆频率计算如下:33.23156.14344.94595.89695.33。前五个模态如图17所示,其中第五频率对应于轴向旋转。
图17前五阶波束阵列,其中五阶振型为轴向扭转振动
;
上一:关于公司放假的公告
下一:放射性核素扩散和迁移分析