基于A(yíng)NSYS的石油套管應(yīng)力磁測(cè)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?yàn)閼?yīng)力的積累。現(xiàn)有的檢測(cè)方法多用于測(cè)量套管已經(jīng)損壞部位的幾何狀態(tài),不能對(duì)尚未套損的井進(jìn)行預(yù)測(cè),效果并不理想,如何準(zhǔn)確有效地檢測(cè)套管應(yīng)力,提前預(yù)知套損的發(fā)生,是套損檢測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題。基于逆磁致伸縮效應(yīng)的磁各向異性檢測(cè)法適合石油套管的應(yīng)力檢測(cè),然而,此項(xiàng)技術(shù)正處于發(fā)展階段,前人多是通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)直接得到應(yīng)力和磁信號(hào)的關(guān)系,對(duì)于聯(lián)系二者的中間變量相對(duì)磁導(dǎo)率是如何發(fā)揮作用的,少見(jiàn)報(bào)道。要想將

2、此項(xiàng)技術(shù)準(zhǔn)確應(yīng)用到石油套管的應(yīng)力檢測(cè)中,必須清楚地認(rèn)識(shí)這個(gè)中間過(guò)程,這對(duì)于套管應(yīng)力磁測(cè)儀器的研制、套管應(yīng)力成像軟件的開(kāi)發(fā)具有重要的基礎(chǔ)意義,對(duì)我國(guó)油氣資源穩(wěn)定開(kāi)發(fā)必將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　逆磁致伸縮效應(yīng)指的是,鐵磁材料在受到外力作用時(shí),其相對(duì)磁導(dǎo)率要發(fā)生改變,從而使磁場(chǎng)發(fā)生改變,分析磁場(chǎng)的這種變化就能得到鐵磁材料的受力變化?；谶@種效應(yīng)的磁各向異性檢測(cè)法包括兩個(gè)過(guò)程,一是外力和相對(duì)磁導(dǎo)率之間的關(guān)系,這方面的研究既有理

3、論推導(dǎo)又有物理實(shí)驗(yàn),已經(jīng)較為成熟,相關(guān)成果可以參考。二是相對(duì)磁導(dǎo)率和磁信號(hào)之間的關(guān)系,對(duì)于石油套管模型而言,就是當(dāng)套管壁某處的相對(duì)磁導(dǎo)率呈現(xiàn)不均勻分布時(shí),和周?chē)拇判盘?hào)有何關(guān)系。這種問(wèn)題的解析解不存在,采用有限元法可以有效求取當(dāng)套管壁相對(duì)磁導(dǎo)率不均勻分布時(shí)套管內(nèi)電磁場(chǎng)的分布情況。
　　使用大型通用有限元分析軟件ANSYS來(lái)進(jìn)行有限元法數(shù)值模擬,無(wú)論是網(wǎng)格劃分、初值邊界條件的實(shí)現(xiàn),還是求解、計(jì)算結(jié)果的呈現(xiàn),它比起通常的有限元求解過(guò)程

4、,具有更大的便捷性和優(yōu)越性,越來(lái)越多的學(xué)者將ANSYS用于地球物理勘探中各種問(wèn)題的求解,顯示出其強(qiáng)大的應(yīng)用前景。本文針對(duì)石油套管模型,基于A(yíng)NSYS電磁模塊編寫(xiě)APDL命令流語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)值模擬研究,得到套管壁附近磁感應(yīng)強(qiáng)度和套管壁相對(duì)磁導(dǎo)率成反比,且二者的變化量有較好的線(xiàn)性關(guān)系的結(jié)論,參照前人物理實(shí)驗(yàn)得到的應(yīng)力變化量和相對(duì)磁導(dǎo)率變化量之間的關(guān)系,得到應(yīng)力的變化量和磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量之間的定量關(guān)系為K*B,K=8.04*109。
　　

5、對(duì)于以上的結(jié)果,一方面,對(duì)石油套管進(jìn)行外部加力磁測(cè)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)得到了外力和磁通量之間的定量關(guān)系,結(jié)合ANSYS結(jié)構(gòu)應(yīng)力模塊編寫(xiě)APDL命令流語(yǔ)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(yīng)力值之間的定量關(guān)系,得到了應(yīng)力的變化量和磁通量的變化量之間的定量線(xiàn)性比例關(guān)系,這一結(jié)果足以證明數(shù)值模擬得到的結(jié)果的正確性。另外一方面,他人理論推導(dǎo)的結(jié)果也同樣證明了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性,然而理論推導(dǎo)中的K是不好確定的,而通過(guò)本文的方法,就可