流體流動對曲管產(chǎn)生的壓力

李碩

【摘要】主要考察了流體壓力及流動液體在井中對曲管，套管及鉆桿的沖力。對曲管的液體壓力已有了一個成熟的大體的認(rèn)識，在特殊情況下，例如，用于管的彎曲分析中有一個“假設(shè)的力“，它的產(chǎn)生是為了解釋實(shí)際的物理特性。也有一些新的問題，例如管的偏心率在液體壓力下的作用以及在彎管中表面的流動的影響等都已經(jīng)被測定了出來。彎管中由液體壓力產(chǎn)生的側(cè)向的力要比預(yù)計(jì)的高很多，同時它對摩擦力負(fù)載和套管的卡鉆有非常重要的意義。

【關(guān)鍵詞】摩擦力 曲管

1 流體流動摩擦力計(jì)算模型1.1 流體類型

1.1.1 賓漢塑性液摩擦阻力

賓漢塑性模型只要用于計(jì)算與層流有關(guān)的摩擦阻力。這種限制的依據(jù)是因它不能精確描述高剪切速率的剪切強(qiáng)度。層流和紊流中使用。

鉆柱內(nèi)的流速可由方程式1計(jì)算：

V=Q/2.4482

d （式1）

決定層流和紊流的臨界速度可以由2計(jì)算：

2 流體阻力的表達(dá)式

在管內(nèi)從第一截面流到第二截面時，由于流體層之間的分子動量傳遞而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦阻力，或由于流體之間的湍流動量傳遞而引起的摩擦阻力，使一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。我們把這部分機(jī)械能稱為能量損失。管路一般由直管段和管件、閥門等組成。因此，流體在管路中的流動阻力，可分為直管阻力和局部阻力兩類。直管阻力是流體流經(jīng)一定直徑的直管時，所產(chǎn)生的阻力。局部阻力是流體流經(jīng)管件、閥門及進(jìn)出口時，由于受到局部障礙所產(chǎn)生的阻力。

所以，流體流經(jīng)管路的總能量損失，應(yīng)為直管阻力與局部阻力所引起能量損失之總和。

當(dāng)液體流經(jīng)等直徑的直管時，動能沒有改變。由柏努利方程式可知，此時的流體的能量損失應(yīng)為：

（1）液壓下管柱中產(chǎn)生的虛擬力，是一個系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定平衡時所引起的軸向力，它是實(shí)際存在的作用力。由引起虛擬力的原因可見，將它理解為“ 作用于鉆柱側(cè)壁的泥漿壓力在鉆柱軸向引起應(yīng)變，相當(dāng)于一個軸向應(yīng)力的作用，此軸向應(yīng)力就是虛應(yīng)力” 是不對的。由能量法導(dǎo)出的虛擬力與Lame公式和廣義胡克定律導(dǎo)出的虛擬力，二者只有在特定條件下（泊松比υ=0.5時）才是一致的。

（2）所謂“ 虛擬力為正時（稱彎曲力）管柱要彎曲，虛擬力為負(fù)時（稱穩(wěn)定力）管柱不會彎曲” 的觀點(diǎn)是不對的。這是因?yàn)椴还芴摂M力是正是負(fù)，決定管柱彎曲的條件是（5）式所決定的有效軸向力是否達(dá)到或超過失穩(wěn)彎曲的臨界壓力，達(dá)不到臨界值，即使虛擬力是正值也不會彎曲，超過臨界值，即使虛擬力是負(fù)值也要彎曲

（3）固井后套管在試壓過程中，在水泥面附近的套管柱將產(chǎn)生很大的彎曲，有可能造成彎曲。所以在套管連頂計(jì)算中，要考慮用加大預(yù)拉力的方法來防止彎曲。

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