全套管钻进中套管的受力分析与数值模拟

【摘要】本文主要针对全套管钻进过程中经常出现的套管接头变形、断裂、锥销脱落等套管破坏的问题进行研究。由于国内外的文献中几乎检索不到从理论上分析这方面问题的文献，严重制约了我国全套管钻进机及其工法的广泛使用与发展，因此研究套管的受力与变形变得很重要。本文主要采用理论分析与数值模拟相结合的方法，深入地研究了全套管钻进过程中套管柱的受力情况，研究总结了套管所受各个外力的计算方法，通过ANSYS数值模拟的方法模拟了套管在钻进过程中的受力及变形。首先对全套管钻进过程中套管的受力进行了分析，套管受力主要有：套管的自重、套管回转时的驱动扭矩、套管回转时的下压力、套管下部管端的阻力、套管周围土体对套管内外壁的法向约束力、套管周围土体对套管内外壁的摩擦力、套管靴处阻力矩。然后借鉴国内研究较成熟的静压桩理论，将套管柱的入土深度划分为L1（0.3L）、L2(0.6L)、L3(0.1L)三段（L为套管柱的入土总深度）。利用开口静压桩理论对套管在沉管阶段和拔管阶段所受的力进行修正，并采用北京海军丰台东大街5号院住宅工程项目的地层参数，对套管所受的力进行计算。然后利用弹塑性理论分析了套管任意截面的应力状态，并用第四强度理论计算套管入土深度内L1、L2、L3段的等效应力。从等效应力函数图像可以看出L1段的等效应力几乎不变；L2段的等效应力随深度的增加而减小，在深度为20米时达到最小，此处也即L1与L2段的分界点；L3段的等效应力随深度增加而增大。验证了套管破坏位置：L1和L2段的交界处，即套管柱的1/3处。利用ANSYS有限元软件对套管进行模拟时，首先建立了套管模型，分析套管柱、套管接头的等效应力云图和总位移云图。分析结果显示：套管柱整体受力均匀，没有应力集中现象，等效应力远小于管体的材料强度，因此套管不会在管体处破坏。再单独分析套管接头处：接头处出现应力集中现象，应力急剧增大，因此验证了实际情况中，套管柱经常会在接头处破坏的结论。然后对不同直径（800mm、1500mm）的套管进行对比发现：套管直径与最大等效应力成反比，但套管应力不随直径线性变化。因此套管可以在承受更大的扭矩的情况下正常工作。
【作者】郇盼；
【导师】王贵和；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】全套管钻进；力学分析；数值模拟；

【参考文献】
[1]万莹.基于MSP430的无线传感网络的研究[D].杭州电子科技大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[2]程天君.校本教师培训探究[D].湖南师范大学,课程与教学论,2004,硕士.
[3]高亚军.一体化钛基人工颈椎间盘的设计及力学行为研究[D].南京航空航天大学,材料加工工程,2013,硕士.
[4]张兴福.浅议电子商务环境下的会计电算化[J].现代营销(学苑版),2014,11:96-97.
[5]母舰.工艺性能实时监测与评估技术在大型压缩机装置上的应用研究[D].大连理工大学,动力工程及设备,2003,硕士.
[6]黎明.声波时差曲线的应用[J].石油地球物理勘探,1984,05:495.
[7]张琰.创业企业社会网络演化路径的寻优机理研究[D].武汉理工大学,企业管理,2012,硕士.
[8]林琳.民营企业内部控制规范化的设计[D].兰州理工大学,工商管理,2013,硕士.
[9]姜茜.大陆和香港英语媒体2012年两会报道议程设置比较研究[D].上海外国语大学,新闻学,2013,硕士.
[10]李杨.河北省X人寿保险公司销售人员管理激励机制研究[D].河北大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[11]王献辉.大坝群安全监控远程网络系统研究[D].河海大学,水工结构工程,2004,硕士.
[12]李倩.基于需求理论的城市老年人精神需求研究[D].沈阳理工大学,企业管理,2012,硕士.
[13]熊珊珊.丛枝菌根真菌的钙调素基因在共生早期信号转导及抗逆性中的作用[D].华中农业大学,微生物学,2013,硕士.
[14]范晶晶.短波宽带扩频通信系统关键技术研究与实现[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[15]肖婧梅.人力资源管理信息系统的功能分析与实施效果评价[D].河南科技大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[16]张玥.论我国民事诉讼和解制度的完善[D].内蒙古大学,法律,2014,硕士.
[17]赵玉娟.大学生依恋风格、适应性与职业决策自我效能感的关系研究[D].吉林大学,应用心理学,2013,硕士.
[18]杨静.春晓及其英译文的纯理功能分析[D].华中师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[19]高崑淇.含Ce-Xe键的稀有气体无机化合物研究[D].哈尔滨工业大学,物理化学,2013,硕士.
[20]李成艳.仁慈领导对员工建言的影响：自我防御和自我提升的双重路径[D].苏州大学,应用心理学,2014,硕士.
[21]夏芸帆.相邻不可量物侵害的容忍义务研究[D].扬州大学,民商法学,2011,硕士.
[22]刘杰.四轴飞行器研究与设计[D].南京邮电大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[23]张道川,樊乃昌,印红.达乌尔鼠兔和高原鼠兔行为特征的比较分析[J].河北大学学报(自然科学版),2001,01:72-77.
[24]徐植慧.上市公司盈余管理规范化的研究[D].首都经济贸易大学,会计学,2004,硕士.
[25]盖如栋,井元伟,张嗣瀛.一类非线性组合大系统的稳定性[J].自动化学报,1997,01:75-78.
[26]欧阳仲健.基于产业集群的浙江专业化产业区竞争优势分析[D].浙江工业大学,2005.
[27]谢阳洋.汉语初级阶段西语学生语序习得的偏误分析[D].厦门大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[28]刘亮.矩形钢管混凝土组合桁架连续梁桥试设计研究[D].长安大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[29]王兴.厦门思明区近代洋楼修复与改造再利用后评价[D].华侨大学,建筑历史与理论,2013,硕士.
[30]潘非.嵌入式SRAM编译器的容量扩展方法的研究[D].安徽大学,微电子学与固体电子学,2014,硕士.
[31]毕瑞.氯盐—亚锡（Ⅱ）盐协同催化生物质转化制乳酸甲酯[D].湖南大学,化学工程与技术,2012,硕士.
[32]杨青.我国市场规制法体系的构建与完善探究[D].山东大学,民商法学,2013,硕士.
[33]何秋生.基于TMS320DM270视频展台的设计与硬件实现[D].太原理工大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[34]郭嘉.线在平面设计中的应用研究[D].山西师范大学,美术学,2013,硕士.
[35]陈安丽.论新民主主义革命理论的创新机制及其启示[D].华东师范大学,马克思主义理论与思想政治教育,2003,硕士.
[36]刘小孙.1.尿胰蛋白酶抑制剂对移植肠的缺血再灌注损伤的保护机制 2.术后十二指肠瘘的保守治疗[D].浙江大学,外科学,2004,硕士.
[37]王洪超.中国城乡关系的政治经济学分析[D].江西农业大学,政治经济学,2012,硕士.
[38]庄晴.塑造他者：对列尼·史葛电影的后殖民主义研究[D].广东外语外贸大学,英语语言文学,2004,硕士.
[39]赵倩.汪译陶诗中“传神达意”研究[D].河北师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[40]黄琼华.miRNA-146a、miRNA-196a2基因多态性与广西壮族人群原发性肝癌的相关性研究[D].广西医科大学,肿瘤学,2013,硕士.
[41]李超.基于物联网的水域微生物浓度监测系统设计[D].北京信息科技大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[42]甄新平.炼油化工装置先进控制的研究与应用[D].北京化工大学,控制理论与控制工程,2008,博士.
[43]王小巍.适用于胶囊旅馆的气流组织形式[D].西安建筑科技大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[44]魏晨光,王立言.浅谈信令网路由的规划与管理[J].中兴新通讯.1997(01)
[45]李彦明.多通道生物认证关键技术的研究[D].兰州理工大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[46]何长元.北京市园林绿地的演变机制及格局研究——以海淀区为例[D].中国农业大学,土地资源管理,2004,硕士.
[47]姜杨.我国A股市场动量效应研究[D].哈尔滨工业大学,金融学,2013,硕士.
[48]张志斌.高光谱遥感对矿山开发环境效应监测技术研究[D].中国地质大学（北京）,测绘工程,2013,硕士.
[49]俞剑.无形资产与企业成长关系的实证研究[D].浙江工商大学,会计学,2013,硕士.
[50]姜霄云.稀土元素对低碳当量灰铸铁组织与性能的影响[D].山东建筑大学,材料加工工程,2013,硕士.