椭圆截面连续管夹持力学特性

在连续管起下井过程中，连续管状态会在弯曲与拉直之间发生多次交替变化，其截面不可避免会发生塑性变形而成为椭圆［8－9］。椭圆截面连续管夹持情况如图 5 所示。 Fig. 5 Clamping of coiled tubing subject to elliptic section为研究连续管椭圆度和夹持方向对其夹持力学特性的影响，定义连续管在夹持状态下的夹持椭圆系数 ξ 的表达式为:ξ = ( Dx － Dy ) /D0式中: Dx 为连续管在垂直夹紧力方向上的直径，Dy
为连续管沿夹紧力方向上的直径，D0 为连续管标准直径。
图 6 是椭圆截面连续管接触压力分布曲线。从 向上整体呈 “M”形分布; 当 ξ ＞ 0 时，连续管表面接触压力在周向上整体呈 “W”形分布，且在10°和 170°区域，接触压力最大值随 ξ 增大而急剧增大。②连续管与夹持块接触面积随 ξ 绝对值增大而减小。当 ξ 由 0 变为 3. 2%、－3. 2%时，连续管与夹持块 接 触 区 域 由 ［10°，170°］ 分 别 缩 小 为［10°，20°］ ∪ ［55°，125°］ ∪ ［160°，170°］和 ［32°，148°］， 接触面积分别降低了 44%和 28%。

图 7 为夹持椭圆系数对连续管 Mises 应力的影响。从图可以看出: ①当 ξ ＜ 0 时，连续管最大应力点位于其内壁的 0°和 180°区域，; 当 ξ ＞0 时，连续管最大应力点位于其外壁的 10°和 170°区域，主要是因其与夹持块接触所产生的应力集中。②当 ξ= 0. 8%时，连续管应力最小，连续管抗夹持能力最强。③当 ξ ＞3. 2%时，连续管的最大应力大于其屈服强度，连续管表面将会出现损伤。需要指出的是，在注入头上提/下放连续管过程中，连续管表层材料失效会引起其和夹持块之间的相对滑动。 图 8 为不同夹持椭圆系数连续管表面正压力随夹紧压力变化曲线。从图可以看出: ①同等夹紧压力下，连续管表面正压力随其夹持椭圆系数增大而增大。②当夹持椭圆系数 ξ ＜ 0 时，连续管表面正压力与夹紧压力的比值基本恒定，而当 ξ ＞ 0 时，表面正压力与夹紧压力的比值随夹紧压力增大而减小，并逐渐趋于一个定值，产生该现象的原因在于当夹紧压力较小时，连续管与夹持块接触区域为10°和 170°附近，随着夹紧压力增大，连续管变形量增大，并在 90°区域附近与夹持块产生接触，这种接触区域的变化引起了表面正压力与夹紧压力比值的改变。