基于ANSYS的石油套管應力磁測有限元數(shù)值模擬研究.pdf

1、套損已經(jīng)成為油田生產(chǎn)中面臨的一大難題,套損的產(chǎn)生主要是因為應力的積累?，F(xiàn)有的檢測方法多用于測量套管已經(jīng)損壞部位的幾何狀態(tài),不能對尚未套損的井進行預測,效果并不理想,如何準確有效地檢測套管應力,提前預知套損的發(fā)生,是套損檢測的關鍵問題?；谀娲胖律炜s效應的磁各向異性檢測法適合石油套管的應力檢測,然而,此項技術正處于發(fā)展階段,前人多是通過物理實驗來直接得到應力和磁信號的關系,對于聯(lián)系二者的中間變量相對磁導率是如何發(fā)揮作用的,少見報道。要想將

2、此項技術準確應用到石油套管的應力檢測中,必須清楚地認識這個中間過程,這對于套管應力磁測儀器的研制、套管應力成像軟件的開發(fā)具有重要的基礎意義,對我國油氣資源穩(wěn)定開發(fā)必將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟效益和社會效益。
　　逆磁致伸縮效應指的是,鐵磁材料在受到外力作用時,其相對磁導率要發(fā)生改變,從而使磁場發(fā)生改變,分析磁場的這種變化就能得到鐵磁材料的受力變化?；谶@種效應的磁各向異性檢測法包括兩個過程,一是外力和相對磁導率之間的關系,這方面的研究既有理

3、論推導又有物理實驗,已經(jīng)較為成熟,相關成果可以參考。二是相對磁導率和磁信號之間的關系,對于石油套管模型而言,就是當套管壁某處的相對磁導率呈現(xiàn)不均勻分布時,和周圍的磁信號有何關系。這種問題的解析解不存在,采用有限元法可以有效求取當套管壁相對磁導率不均勻分布時套管內(nèi)電磁場的分布情況。
　　使用大型通用有限元分析軟件ANSYS來進行有限元法數(shù)值模擬,無論是網(wǎng)格劃分、初值邊界條件的實現(xiàn),還是求解、計算結果的呈現(xiàn),它比起通常的有限元求解過程

4、,具有更大的便捷性和優(yōu)越性,越來越多的學者將ANSYS用于地球物理勘探中各種問題的求解,顯示出其強大的應用前景。本文針對石油套管模型,基于ANSYS電磁模塊編寫APDL命令流語言進行數(shù)值模擬研究,得到套管壁附近磁感應強度和套管壁相對磁導率成反比,且二者的變化量有較好的線性關系的結論,參照前人物理實驗得到的應力變化量和相對磁導率變化量之間的關系,得到應力的變化量和磁感應強度的變化量之間的定量關系為K*B,K=8.04*109。
　　

5、對于以上的結果,一方面,對石油套管進行外部加力磁測實驗來進行驗證,實驗得到了外力和磁通量之間的定量關系,結合ANSYS結構應力模塊編寫APDL命令流語言數(shù)值模擬得到的套管壁某處受到的外力和該處所受的應力值之間的定量關系,得到了應力的變化量和磁通量的變化量之間的定量線性比例關系,這一結果足以證明數(shù)值模擬得到的結果的正確性。另外一方面,他人理論推導的結果也同樣證明了數(shù)值模擬結果的正確性,然而理論推導中的K是不好確定的,而通過本文的方法,就可