基于ANSYS Workbench的复杂工况下钻具组合疲劳寿命仿真研究

本文主要探讨了在复杂的钻井环境下，特别是针对底部钻具组合(BHA)在承受轴向应力和扭转剪应力时的疲劳寿命分析。随着现代钻井技术的发展，钻柱在深井作业中面临的极端条件对其性能提出了严峻挑战，疲劳失效成为常见的失效模式。为了预防这类事故并优化设计，作者利用ANSYS Workbench这一强大的仿真分析平台进行研究。 首先，文章介绍了分析的背景，强调了疲劳寿命计算对于钻柱安全的重要性，因为疲劳失效往往无明显预兆，导致经济损失。通过有限元方法，作者构建了一个包含17.5''钻头、接头、两根钻铤、扶正器和一根钻铤的详细模型，考虑了实际工况下的钻压和扭矩参数。在ANSYS-Workbench中，设置了静态结构分析参数，包括最大应力查找、疲劳强度削弱系数、Goodman理论的选择以及疲劳寿命、损伤和安全系数的设定，目标是设计出满足预期寿命的BHA。 接着，进行了无裂纹BHA的疲劳分析。通过Mises应力云图展示了钻具内部的应力分布情况，这有助于理解应力集中区域，评估潜在的疲劳热点。同时，安全系数图揭示了BHA在极限负载下的稳定程度，确保了结构的可靠性。疲劳分析的结果不仅提供了疲劳寿命值，还可能揭示出潜在的疲劳裂纹模式，这对于设计改进和材料选择具有重要指导意义。 本研究借助ANSYS Workbench的仿真工具，深入分析了底部钻具组合在特定工作条件下的疲劳行为，为钻柱的设计优化和故障预防提供了科学依据。通过这种方法，可以提高钻柱的使用寿命，减少钻井过程中的风险，从而保障钻井作业的安全与经济性。