石油工程管柱力學

內容概要

　　《石油工程管柱力學》以油氣井管柱為討論對象，以力學分析為主線，較為系統(tǒng)地介紹了石油工程管柱力學的主要內容和發(fā)展概況。全書共分為9章，主要包括油氣井管柱力學發(fā)展概述、管柱的服役條件和失效分析、管柱運動與受力分析、管柱靜力學中的縱橫彎曲梁法和能量法、摩阻／扭矩模型、管柱振動分析、海洋隔水管力學以及管柱強度設計與校核等。
　　《石油工程管柱力學》可作為普通高等院校石油工程專業(yè)本科生教學用書或參考書，也可供相關專業(yè)研究生和科技人員參考。

書籍目錄

第一章 油氣井管柱概述
　§1.1 油氣井管柱的功能與組成
　§1.2 油氣井管柱力學的發(fā)展簡述
　§1.3 石油管柱力學的研究方法
　§1.4 石油管柱力學參數(shù)動態(tài)測試技術
　§1.5 石油管柱力學面臨的問題與挑戰(zhàn)
　§1.6 油氣井管柱力學的應用
　作業(yè)與思考題
第二章 油氣井管柱的服役條件和失效模式
　§2.1 管柱的服役條件
　§2.2 管柱的主要失效模式
　作業(yè)與思考題
第三章 油氣井管柱單元運動與受力分析
　§3.1 管柱的運動分析
　§3.2 管柱受力分析
　§3.3 管柱穩(wěn)定性分析
　作業(yè)及思考題
第四章 底部鉆具組合縱橫彎曲分析
　§4.1 井斜控制理論概述
　§4.2 底部鉆具組合縱橫彎曲力學模型
　§4.3 縱橫彎曲簡支梁的彈性穩(wěn)定問題
　§4.4 縱橫彎曲連續(xù)梁三彎矩方程的建立
　§4.5 縱橫彎曲連續(xù)梁法特殊問題的處理
　§4.6 底部鉆具組合縱橫彎曲連續(xù)梁法的求解
　作業(yè)及思考題
第五章 管柱力學能量法分析
　§5.1 引言
　§5.2 能量法在一般靜力分析中的應用
　§5.3 能量法分析
　作業(yè)及思考題
第六章 鉆柱摩阻和扭矩計算模型
　§6.1 概述
　§6.2 鉆柱整體受力模型的求解
　§6.3 油井管柱穩(wěn)定性判別及屈曲后附加力的計算
　作業(yè)及思考題
第七章 油氣井管柱振動分析
　§7.1 單自由度系統(tǒng)管柱的振動
　§7.2 管柱的縱向振動
　§7.3 管柱的扭轉振動
　§7.4 管柱的橫向振動
　作業(yè)及思考題
第八章 海洋隔水管動力學分析
　§8.1 概述
　§8.2 波流聯(lián)合作用下隔水管動力學方程
　§8.3 海洋鉆井隔水管動力響應分析
　作業(yè)及思考題
第九章 油氣井管柱強度設計與校核
　§9.1 概述
　§9.2 管柱強度的設計與校核
　作業(yè)及思考題
　參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   8.1.3 隔水管力學問題基本描述 大體上講，隔水管系統(tǒng)受到海流力與海浪力作用產生的橫向載荷，以及受自重與海水浮力作用下縱向載荷的聯(lián)合作用。隔水管受力和鉆柱受力有相似性，主要區(qū)別隔水管不承受軸向扭矩的作用。因此，針對隔水管的受力情況，可以近似視為縱橫彎曲梁問題，但隔水管柱受到的橫向載荷為動載荷，會使隔水管柱發(fā)生振動。 對于一個確定系統(tǒng)（不論它是常參數(shù)系統(tǒng)還是變參數(shù)系統(tǒng)），在受到確定激勵作用時，其響應也是確定的，這類振動稱為確定性振動。對于確定系統(tǒng)，在受到隨機激勵作用時，系統(tǒng)的響應是隨機的，這類振動稱為隨機振動，隨機振動只能用概率統(tǒng)計的方法描述。對于隨機結構系統(tǒng)來說，無論是受到確定激勵還是隨機激勵的作用，其響應均為隨機的，這類振動稱為隨機結構系統(tǒng)振動。 隔水管在海流力和海浪力共同作用下，發(fā)生的運動是隨機振動或者強迫振動。隔水管動力學分析的基本方法有靜態(tài)分析和動態(tài)分析兩種，而動態(tài)分析又可以分為時域分析和頻域分析。也有將隔水管動態(tài)響應分析方法分為三種：時域規(guī)則波分析（時域確定性分析）、時域不規(guī)則波分析（時域隨機振動分析）和頻域分析。在這個領域內，許多科學家進行了大量的工作，例如，B.G.Burke建立了隔水管的分析模型，A.Ertas和T.J.Kozik概述了建立隔水管模型的原理和方法，M.F.Zedan和A.Mangiconachi研究了在渦流作用下隔水管的響應。目前，國內外有關隔水管動態(tài)響應的研究較多，涉及把風浪流條件轉化為浮體運動的預報，還要綜合考慮水深、主管及其構件的維數(shù)、合適的邊界條件等。不少研究者已對主管的靜態(tài)性能作了分析，在垂直面內求出主管的最大響應，而并不考慮波浪、平臺駁船運動及系統(tǒng)慣性等隨時間變化的因素，僅在一個合適的周期內，計算出臨界參數(shù)的最大值，Bathe等人（1974）用了有限差分公式計算，Gosse（1969）采用有限單元法計算，Burke（1973）采用四階Runge—kutta直接積分法，Jones（1975）采用了假設主管為彈性懸鏈變形的形狀，F(xiàn)isher與Ladwig（1966）采用了冪級數(shù)分析方法等。 實際上，海水與隔水管之間的相對流速、流體和隔水管的加速度，以及水面平臺的運動對隔水管彎曲應力分析都是很重要的因素（參見圖8—3）。由于波浪和海流的非定向性，隔水管可能在多個垂直平面內運動，因而對它的動力分析向人們提出了大量具有挑戰(zhàn)性的問題。主要涉及到隔水管峰值張力、彎曲應力，以及端部傾角、響應模態(tài)的確定等。Krolikowski與Gay（1980），Young等（1977）進行了頻域求解，TuckerandMurtha（1973）進行了非確定性隨機振動分析，前一種方法由于對波浪譜的次要變化過于敏感，而后一種方法由于難以計入水面平臺或駁船的運動以及非線性化形式阻力，都使應用受到限制。

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