油气井杆管柱力学及应用-2007
《水平井杆管柱力学的有限元分析及应用》
《水平井杆管柱力学的有限元分析及应用》篇一一、引言随着石油和天然气等能源需求的不断增长，水平井技术已成为提高采收率的重要手段。
在水平井钻探和开采过程中，杆管柱的力学性能至关重要，直接关系到井下作业的安全与效率。
传统的力学分析方法往往难以满足复杂工况下的精确计算需求。
因此，本文将探讨水平井杆管柱力学的有限元分析方法及其应用，旨在为实际工程提供理论支持。
二、水平井杆管柱力学概述水平井杆管柱力学是研究在井下复杂环境中，杆管柱的受力、变形及失效规律的学科。
其涉及的主要内容包括：杆管柱的材料选择、结构设计与力学性能分析等。
在实际应用中，由于水平井的特殊地质条件和工作要求，杆管柱的力学性能分析显得尤为重要。
三、有限元分析方法有限元分析是一种高效的数值计算方法，通过将连续体离散化为有限个单元的组合，求解近似解。
在水平井杆管柱力学分析中，有限元分析的应用主要体现在以下几个方面：1. 模型建立：根据实际工况，建立杆管柱的几何模型，并划分网格，形成有限元模型。
2. 材料属性定义：根据杆管柱的材料特性，定义各单元的材料属性，如弹性模量、泊松比等。
3. 边界条件与载荷施加：根据实际工况，施加边界条件和载荷，如重力、摩擦力等。
4. 求解与结果分析：通过求解有限元方程，得到杆管柱的应力、应变及位移等结果，并进行后处理分析。
四、有限元分析在水平井杆管柱力学中的应用1. 杆管柱设计优化：通过有限元分析，可以准确计算杆管柱在不同工况下的受力情况，为设计优化提供依据。
如调整杆管柱的截面尺寸、材料选择等，以提高其力学性能。
2. 井下事故预防：通过有限元分析，可以预测杆管柱在复杂工况下的失效模式，从而采取相应措施预防井下事故的发生。
如及时发现并处理潜在的安全隐患，确保井下作业的安全。
3. 施工工艺优化：有限元分析可以指导施工工艺的优化，如调整钻进速度、改变井眼轨迹等，以降低杆管柱的受力，提高作业效率。
五、结论本文介绍了水平井杆管柱力学的有限元分析方法及其应用。
油田采油管柱技术及应用探寻
油田采油管柱技术及应用探寻发布时间：2022-04-06T05:23:17.130Z 来源：《科学与技术》2021年33期作者： 1梁鹏 2王珂 3赵久胜[导读] 在近年来，中国经济发展速度位居世界前列，整体社会建设成果也十分喜人，但是与此同时，工业的快速发展和人民生活水平的提升，也给能源供应带来了更高的标准，而石油资源正是能源结构中最重要的一种能源。
1梁鹏 2王珂 3赵久胜1中石油长庆油田分公司第四采油厂，宁夏银川 750000 2长庆油田公司第十二采油厂，陕西西安 710299 3长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川 750000摘要：在近年来，中国经济发展速度位居世界前列，整体社会建设成果也十分喜人，但是与此同时，工业的快速发展和人民生活水平的提升，也给能源供应带来了更高的标准，而石油资源正是能源结构中最重要的一种能源。
然而，我国的石油开发方面的进展却愈发难以满足各行业的要求。
特别是我国的油田采油进展更是如此，这是因为在开采石油，随对于石油的开采技术以及质量都有着很高的标准以及严要求，这就决定了开采技术与开采石油的质量需要达到一定的水准才能进行采油。
笔者就以我国油田采油技术里的管柱技术加以阐明解释，但愿可以在一定程度上对我国的油田采油技术的提高有所作用。
关键词：油田采油；管柱技术；油井；油田勘探 1 前言现今，我国正处于高速发展的阶段，然而大部分行业的发展都脱离不开一项能源——石油，石油资源在我国是使用频率相当高得能源，为了维持我国石油资源的供给，我国的油田开采也在进行中，油田开采技术是一个极其专业化的技术。
石油发展技术越先进，开采石油的效率也就越高，并且，为了使石油的开采更加顺利，需要我们对石油的开采技术进行不断地革新，使其变得更加高效低损耗。
同时，在这一个过程中，还需要注意到石油开采对于环境的影响，不能为了石油开采效率高就破坏了大自然，这就对石油开采技术提出了更高更大的挑战。
因为这些因素，我们需要进行大量的相应技术创新的资金投入，以此来作为技术优化的基础，对石油开采技术进行全面提升，促进我国的资源开采技术。
油气井杆管柱力学及应用-2007
国内：
1. 苏义脑 2. 高德利 3. 赵国珍 4. 龚伟安 5. 赵怀文 6. 施太和 7. 韩志勇 8. 董世民 9. 李子丰 10. ……
油气井杆管柱
• • • • • 钻杆 钻铤 套管 油管 抽油杆
油气井杆管柱的材料
代号 D-55 E-75 X-95 G-105 S-135 AISI4145 屈服应力 (lb/in2) 55000 75000 95000 105000 135000 65000 断裂应力 (lb/in2) 95000 100000 105000 115000 145000 100000 钻铤 用途 钻杆
4 5 6
动力 导向 导向
大钻压 设计 设计
防斜、降斜原理： ①静力型。靠钻头与地层的相互作用的综合结果。 包含地层各向异性、钻头各向异性、钻压、钻头的侧压 力、钻头转角等因素的影响。 ②动力型。动力型与静力型的不同之处是，在侧向 破岩过程中，利用了动力和非线性破岩特性。
侧 向 钻 速
底面工 作区
2研究现状1导致钻柱振动的主要原因1目的意义2研究现状钻头牙齿周期吃入岩石和牙轮的转动是导致钻柱纵向和扭转振动的主要原因和旋转钻进使用弯接头偏重钻铤等造成正向公转是产生横向振动的主要原因2钻柱振动理论分析方法有限元法加权余量法差分法经典微分方程法微分方程法纵向振动扭转振动横向振动经典微分方程3理论研究现状目前仅解决了纵向振动和扭转振动的频率响应
侧面工 作区
侧压力
序号 静力降斜力 动力侧向力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Fd＞0 Fd＞0 Fd＞0 Fd＞0 Fd＞0 Fd＞0 Fd=0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 0 0 0 Asinω Asinω Asinω Asinω 0 0 0 Asinω Asinω Asinω
石油钻采管柱力学第5章
第五章抽油杆柱力学分析及应用在采油工程中，人工举升设备可分为有杆抽油设备和无杆抽油设备。
有杆抽油设备主要由地面驱动设备(如抽油机)、抽油杆、抽油泵组成，这是应用最早、使用范围最广的一种举升设备，如油田上常见的游梁式抽油机等；无杆抽油设备的动力装置(如电机)主要位于井下、一般由电机、电泵组成，如潜油电泵采油设备等。
抽油杆是有杆抽油设备的重要部件[1]，抽油杆柱是由数十根或数百根抽油杆通过接箍连接而成，它将抽油机的动力传递给井下抽油泵。
按照抽油杆的运动状态和匹配的抽油泵，可划分为往复泵抽油杆柱和螺杆泵抽油杆柱，其中往复泵抽油杆柱只做轴向运动、以传递轴向力为主，而螺杆泵抽油杆柱只做旋转运动、以传递扭矩为主。
位于井下数千米长的抽油杆柱工作状态较为复杂，能否在满足采油工艺条件下安全可靠的长期工作一直是备受关注的技术问题。
因此，国内外学者和技术人员为了提高抽油杆工作的可靠性和使用寿命，适应不同油气井的举升需要，主要从抽油杆制造和举升井应用两个方面开展研究，取得了大量研究成果。
在抽油杆的材料、结构和制造方面，随着国内外新材料的发明和应用，抽油杆型号和品种有了很大变化。
在原有的Cc级、D级、K级和H级钢制抽油杆基础上，又出现了玻璃钢抽油杆、不锈钢抽油杆、铝合金抽油杆、石墨带抽油杆、非金属带状连续抽油杆、椭圆形截面连续抽油杆、钢丝绳抽油杆等。
从结构上看出现了空心抽油杆，从功能上看出现了抗扭抽油杆。
这些新型抽油杆的出现，极大地满足了不同油气井举升的需要，也为抽油杆柱的力学分析和工程应用带来了新课题。
在抽油杆举升井应用方面，主要是基于抽油杆柱的力学分析结果，结合人工举升工艺和杆柱失效等情况，开展了以下三个方面的研究和应用：（1）抽油杆柱力学分析与设计口[2-5]，确保井下抽油杆柱能够安全可靠的长期工作，避免杆柱和连接螺纹发生断裂失效事故。
（2）扶正器安放位置计算与杆管防偏磨技术[6-9]，合理的扶正器设计可以使杆管偏磨、摩擦阻力达到最佳平衡点(若扶正器太多必然引起摩阻力增大、采油耗能增加，若扶正器太少又起不到防偏磨效果)。
中国科技奖励-祖国-科学中国人-科技中国报道
学模型。发现以往防纵向振动数学模型 的边界条件错误是导致钻铤破坏的主要 原因之一。
（６） 下部钻具力学分析。建立了下 部导向钻具三维小挠度静力学分析、三 维大挠度静力学分析和三维小挠度动力 学分析的数学模型。其中，下部导向钻具 三维小挠度静力学分析已经广泛应用于 定向井、水平井的井眼轨道预测和工具 研制中，取得了良好的效果。
场实际，建立了井筒地层热学计算的简 化数学模型；利用热弹性力学理论，对套
石油与天然气开采理论与技术的形成和 发展。
动态参数监测与仿真的数学模型，并应 用于有杆泵抽油系统的参数优选和井下
管和隔热油管进行了力学分析；提出了 预膨胀固井技术。
二十几年来， 李子丰教授一直从事石 油工程学科的研究和教学工作。 他结合
承传铁人精神，初获科技果
李子丰教授凭借着对科学和真理的执着追求，在铁人 精神的鼓舞和激励下，笔耕不辍地完成了大量的学术论文 和著作。他相继在国内外学术刊物上发表论文 140 多篇，其 中 Sci 和 Ei 收录 30 多篇。他的研究成果被《科技日报》、《大 众科技报》、《人民文摘》、《新华月报》、《科学中国人》、《今日 科苑》、《中国工程科学》和《中国科技奖励》等杂志和媒体报 道。鉴于李子丰教授的突出贡献，1997 年获得中国科学技术 发展基金会孙越崎科技教育博士后奖，1998 年获黑龙江省第 四届青年科技奖。《油气井杆管柱力学》获 1999 年黑龙江省优 秀著作一等奖。2008 年，《油气井杆管柱力学及应用》获得石 油科技学术著作出版基金资助出版，“油气井杆管柱动力学基 本方程及应用”获得河北省自然科学三等奖；被美国石油工
服务石油工业，发展创新理论
李子丰教授一直从事石油工程学科的研究和教学工 作。结合石油工程科学和技术发展的需要，对石油钻采工程中 的一些基础理论和应用基础理论进行了比较系统的研究，建 立了油气井杆管柱力学理论体系，指出了空化数不能判断射 流的空化状态，更正了岩石有效应力的计算。这些创新理论和 研究成果，不但在理论上取得了较大进步 , 在经济上也取得了 巨大的利益 , 得到了国内外石油工程界和力学界的好评。
油气井杆管柱力学在微米_纳米系统中的应用前景
子机器人的机械结构如图３所示，每节子机器人内有三从结构动力学的角度来讲，一个普通尺寸的机构在对其图５（ａ）显示了纳米管的屈曲变形形状，一个凹槽出３．１．１机器人机械结构和工作原理
３．１．２微机械目前所存在的问题
图１子母型机器人结构简图
图２油气井及杆管柱
图３子机器人结构简图图４初始没有形变的单壁碳纳米管
图５
碳纳米管弯曲、屈曲形变
图６钻杆弯曲和扭曲
图７轴向屈曲
设油气井杆管柱变形线任意一点的矢径为
中ｌ和ｔ分别为油气井杆管柱变形前的弧长和时间变量。
若由微分几何可知：
式中ｋ和ｋ分别为ｒ点的曲率和挠率，且满足：
取油气井杆管柱微元受力如图９所示，运动状态如图
通过受力分析，建立如下运动平衡方程
（３）
式中，Ａ为油气井杆管柱的截面积，
材料密度，ｔ为时间，为油气井杆管柱绕井眼中心公转角
式中，Ｅ为弹性模量，Ｉ为截面惯矩，Ｇ为剪切弹性模量，Ｊ为截面极惯矩，为杆管柱的扭转角，
４．１．３几何方程，
４．１．４运动平衡方程Ω
ｂｎ
——式
图９钻柱微元受力分析
图１０钻柱的运动状态
γ
图８坐标系。
教学媒体2-屈曲分析 油气井管柱力学
临界载荷
Pcr 1.94 ~ 2.65 3 EIq2
平 面 屈 曲
实验装置示意图
轴向加载装置
测距仪(LVDT)
模拟井筒
模拟钻柱 顶杆
垂直井中管柱的屈曲问题
平面屈曲临界力实验验证
理论值 Fcr 2.553 EIwe2 7.31034(N )
实验值 相对误差
保持隔水管不弯曲对应的轴向力
关于管柱屈曲的深入分析
接头影响
屈曲临界力（千牛）
a)
Fhel
Fcr1
b)
Fcr2
Fcr
接头外径(毫米)
螺旋屈曲临界力（牛顿）
关于管柱屈曲的深入分析
螺旋屈曲临界力理论值与实验数据
Wu 模型 Chen模型 Salies模型
实验数据点 井径(毫米)
关于管柱屈曲的深入分析
侧向接触力模型曲线和实验数据点
800
1600 2400 3200
Axial depth (m)
4000
关于管柱屈曲的深入分析
140
Axial Load (kN)
120
T=50℃
T=40℃
100
T=30℃
T=20℃
80
T=10℃
T=0℃
60
40
20
0 1200
1700
2200
2700
3200
Well Depth (m)
3700
4200
侧向接触力（牛顿）
Sadiq 实验数据点
Dawson 模型
Mitchell 模型
轴向压力(牛顿)
思考题：
两封隔器之间的完井管柱发生螺旋屈曲的条件。
分析油田采油管柱技术的应用
分析油田采油管柱技术的应用随着我国经济的迅猛发展，国家对石油、天然气需求量急剧上升，各大石油企业以及油田越来越重视对采油生产的日常管理。
采油管柱技术是保障油田勘探开发、采油工程的重要技术手段之一。
本文将通过简要介绍采油管柱技术、我国采油管柱技术目前现状以及采油管柱技术在各大石油企业和油田中的应用，来对油田采油管柱技术进行分析，旨在推动我国采油管柱技术向前发展，为我国各大油气田更高效地采油生产贡献力量。
标签：油田采油;管柱技术;油井;应用在油气田整个采油采气过程中，采油管柱技术是最基础、最常用的工程技术之一，它的应用伴随着油气田全生命周期，从前期勘探到后期开发。
由此可见，采油管柱技术的水平高低很大程度上决定了一个油气田的勘探开发好与坏，同时采油管柱技术多种多样，需要根据各油气田实际情况选择使用。
因此，我国要依托科学技术的进步，大力发展采油工艺技术。
各油氣田根据自身实际情况合理选择、引用采油管柱技术，推动油气田勘探开发稳步向前。
1油田采油管柱技术概述1.1 油田采油管柱技术简介在油气田进行勘探开发过程中，油气井钻井完井后，通过射孔作业使得地层与井筒连通，如果地层能量充足则油气井自喷生产，如果地层能量不足以把油举升到地面则需要把采油管柱下入井筒内，通过机械采油的方式把原油采出地面。
采油管柱技术主要是建立油气从地层到井筒、从井筒到地面的采油工艺技术，它主要能提高生产层位的驱油效率，从而提高单井的产量以及油气藏的整体采收率。
同时，采油管柱技术可以运用到一些复杂地质情况、复杂井型以及稠油、超稠油等油藏中[1]。
1.2 我国油气田对采油管柱技术的要求我国绝大部分油气田都属于陆相沉积，不同于国外那些产油国的海相沉积，它的沉积整体规模不大，而且受地质构造、沉积环境等影响很大，所以造成我国油气田整状油气藏比较少，主要为构造、岩性油气藏。
油气藏的地质情况复杂、多样，导致我国各油气田的勘探开发方式方法存在差异，同时也要求采油工程技术多样化、先进化，这样才能满足我国油气田勘探开发过程中所面对的众多油气藏和开采要求。
分析油田采油管柱技术的应用_
分析油田采油管柱技术的应用石油作为一种重要化工产品，其在我国现代化工程建设中具有着广泛的应用空间，是目前我国能源开采过程中的一项重要能源产品。
现代油田企业在具体发展过程中，要加强对应用的各项技术的攻坚，不断加强对新型采油技术的研究，将合理的技术应用到油田开采作业中，从而达到节约时间、降低成本，提高产量的目的。
标签：油田采油;石油资源;采油管柱;安全生产石油开采技术是一项专门进行能源开采的工作，其为我国现代化建设提供了丰富的能源，对于我国各种工程建设，以及人们的生活质量的提高起到强有力的支持作用。
石油开采期间，为了可以确保日常生产作业的顺利进行，并且可以为各项工作的开展提供丰富的能源支持，作为采油企业在具体作业期间，要加强对采油管柱技术应用的分析，通过增加经济、人才投入等方式，提升采油管柱技术的先进性与合理性，进而使其作用能够得到合理发挥，从而能够更好完成采油作业。
1 油田采油管柱技术简介油井作业结束一段时间后，出液中的化学性质种类较多情况将会变得十分突出，因此，在对原油进行开采时，为了确保石油开采作业的顺利进行，具体作业期间，应当通过人工方式将采油作业中的原油从井筒中举升到地面，完成采油作业[1]。
在该期间，通过对存在于采油管柱井筒内部的采油管柱进行合理应用，可以通过能量传递的形式，将地面上的能量转化给原油，从而使原油可以具有一定的能量，最终在石油开采作业中，可以顺利的完成对原油的举升，使其抵达到地面，完成石油开采。
2 采用采油管柱技术的重要性油田采油作业期间，作为工作过人员的首要任务就是通过合理的分析，全面了解采油地质的具体情况，对油藏的基本状况能够有一个全面了解，在该期间，管柱采油技术的具体应用意义重大。
在油田采油期间对采油管柱技术进行合理应用，可以全面了解油田开采作业中涉及到的各项参数内容，从而能够更好地完成相应的作业。
例如，可以了解采油期间，油田的具体开采量，以及采油管柱技术实际应用前的各项基本需求等[2]。
油气井杆柱力学
油气井杆管柱是石油钻采作业的脊梁和中枢神经。
油气井杆管柱力学主要研究钻柱力学、井眼轨道控制、套管设计、有杆泵抽油系统等内容。
对油气井杆管柱进行系统全面、准确的力学分析, 可以实现快速、准确、经济地控制油气井的井眼轨道；准确地校核各种杆管柱的强度, 优化杆管柱设计；优化油气井井眼轨道；及时、准确地诊断、发现和正确处理各类井下问题；优选钻采设备和工作参数。
燕山大学石油工程研究所教授、博士生导师李子丰等在国家“八五”重点科技攻关项目“石油水平井钻井成套技术”、国家“九五”重点科技攻关项目“侧钻水平井钻井采油配套技术”、“863”计划项目“旋转导向钻井系统整体方案设计及关键技术研究”和“海底大位移井钻井技术”、国家自然科学基金项目“防止热采井套管热破坏的固井新技术”等支持下，在建立油气井杆管柱力学理论体系研究方面取得多项重要创新性科学发现。
一、提出了油气井杆管柱动力学基本方程, 该方程统一了原有的油气井杆管柱力学分析领域的各种微分方程, 为油气井杆管柱的各种动静态力学分析奠定了基本理论基础应油气田开发的迫切需要, 科学界自20世纪50年代以来针对油气井杆管柱的某些特殊问题已进行了较广泛、较深入的研究, 发表了数以百计的学术论文。
特别是“七五”和“八五”期间国家组织的对定向丛式井和水平井的科技攻关, 使我国的油气井杆管柱力学研究水平大大提高。
但所有的研究工作都是基于某项特殊需要而进行的。
对某些问题，如动力问题和几何非线性问题研究较少。
为此，需要对杆管柱动力学问题进行系统的研究, 建立统一的理论。
李子丰教授通过对油气井杆管柱进行力学和运动分析，推导了用于对油气井杆管柱进行各种力学分析的几何方程、运动平衡方程和本构方程。
由于油气井杆管柱动力学基本方程统一了现有一切油气井杆管柱力学分析的微分方程，现有的油气井杆管柱力学分析的微分方程都可由该动力学基本方程通过适当简化而得到，所以，该基本方程在石油钻采工程界具有广泛的应用。
油气井杆管柱力学
三、管柱的屈曲研究及发展现状
1.垂直井眼中管柱屈曲
Lubinski 首先研究了钻柱在垂直井眼中的稳定性, 导出了钻柱在垂直平面内的 弯曲方程, 并利用边界条件给出了钻柱在垂直平面内发生失稳弯曲的临界载荷计算公 式。对抽油井中油管及抽油杆柱的螺旋弯曲进行了研究。提出了抽油杆和油管在轴 压及内外压作用下发生空间螺旋屈曲的概念和内压引起管柱失稳的概念。1996 年, 高国华等分析了管柱在垂直井眼中的屈曲, 将管柱的3 种平衡状态( 稳定、正旋屈曲、 螺旋屈曲) 有机地统一起来。
五、参考文献
[9] 于永南, 韩志勇, 路永明. 斜直井眼中钻柱侧向屈曲的研究[J]. 石油大学学报, 1997, 21(3): 65-67. [10] 于永南, 胡玉林, 韩志勇, 路永明. 井眼中钻柱稳定性分析的有限元法[J]. 石油大学 学报, 1998, 22(6): 74-78. [11] 李子丰. 油气井杆管柱力学及应用[M]. 北京: 石油工业出版社, 2008. [12] 高德利. 油气井管柱力学与工程[M]. 山东东营: 中国石油大学出版社, 2006. [13] 刘峰, 王鑫伟, 周宏. 斜直井眼中钻柱螺旋屈曲的非线性有限元分析[J]. 南京航空 航天大学学 报, 2004, 36(1): 62-66. [14] 刘健, 林铁军, 练章华等. 考虑残余应变的连续油管螺旋屈曲载荷新公式[J]. 石油 机械, 2008, 36(1): 25-29. [15] Chen Yuche, Yuhsu, Cheatham J B. Tubing and casing buckling in horizontal wells[J]. JPT, February 1990: 140-141, 191.
2003 年, 冷继先利用经典微分方程法对三维弯曲井眼中管柱屈曲进行了系统的分 析 。高德利利用经典微分方程法建了在弯扭组合作用时管柱的屈曲微分方程, 并求得屈 曲方程对应管柱正旋屈曲和螺旋屈曲构型的解析解, 确定了管柱处于初始平衡状态、正 旋屈曲平衡状态、螺旋屈曲平衡状态所对应的载荷范围。刘峰等摒弃了等螺距、无重 力和小位移假设条件, 考虑了重力、井眼轨迹、曲率半径和钻柱上端井斜角对管柱屈曲 的影响, 用有限单元法对钻柱的屈曲问题进行了深入的研究。
深井压裂井下管柱力学分析及其应用_杜现飞 (1)
图 2 Y221 型封隔器坐封及锚定示意 1. 1. 3 坐封锚定时
施工过程中 , 井下管柱所受载荷主要由管串的自重 引起 , 同时由于工作液的注入导致油管和环空内温 度、 压力变化 , 会产生下列引起封隔器管柱受力和长 度变化的 4 种基本效应 : a) 活塞效应 由油管内 、外压力作用在管柱 直径变化处和密封管的端面上引起 。 b) 螺旋弯曲效应 由压力作用在密封管端面 和管柱内壁面上引起 。 c) 鼓胀效应 由压力作用在管柱的内 、外壁 面上引起 。 d) 温度效应 由管柱的平均温度变化引起 。 在受力分析过程中 , 把重点放在引起管柱受力 和长度变化的压力 、温度的变化上 , 而不是压力 、温 度最初值 。 所以 , 计算时 , 应从封隔器最初坐封的条 件开始 , 继而研究施工中条件的变化 , 而坐封前的管 柱自重伸长 , 下井时管柱随井温引起的长度变化 , 则 不在考虑之列 。 同时 , 由于高压流体的泵注 , 封隔器管柱要承受 内压 、 外压 、粘滞摩阻力等 ; 如果管柱发生屈曲变形 , 与套管有接触点 , 管柱还要承受套管支承反力 、弯矩 等 。 此外 , 坐封载荷依然存在 。
1. 1. 2 坐封锚 定前
压裂管柱坐封锚定前为一悬链形式 , 整个管柱 主要受自重 、 浮力的影响 , 其最大应力发生在井口 , 因此需对 井口 的 油管 和 螺纹 进 行受 力 分 析和 校 核[ 3] 。 首先计算管柱自重和浮力引起的合力 — — —浮 重 , 浮重引起的井口轴向力大小为 Fg = γ 1 - dx ∫ ρ来自ρ m( 1)
《水平井杆管柱力学的有限元分析及应用》范文
《水平井杆管柱力学的有限元分析及应用》篇一一、引言随着石油、天然气等能源需求的持续增长，水平井技术因其高效采油的特点得到了广泛的应用。
水平井杆管柱力学作为其核心技术之一，对于保障井下作业的安全与效率具有重要意义。
本文将着重介绍水平井杆管柱力学的有限元分析方法及其在工程实践中的应用。
二、水平井杆管柱力学基本概念水平井杆管柱力学是研究水平井中钻杆、油管等杆管柱在地下复杂环境中的受力、变形及失效规律的学科。
其核心内容包括杆管柱的力学模型、受力分析、变形计算及失效预测等。
三、有限元分析方法在水平井杆管柱力学中的应用1. 有限元分析方法概述有限元分析是一种基于离散化的数值计算方法，通过将连续体离散为有限个单元的组合体，对每个单元进行分析并综合得出整体的行为特性。
在水平井杆管柱力学中，有限元分析方法能够有效地模拟杆管柱在地下环境中的受力与变形过程。
2. 有限元模型建立在水平井杆管柱力学的有限元分析中，首先需要根据实际井况建立合理的几何模型。
模型应包括井眼轨迹、杆管柱的几何尺寸、材料属性等。
随后，根据模型的几何特性和受力情况，划分合适的有限元网格，定义材料属性、边界条件和载荷等。
3. 受力与变形分析通过有限元分析软件对模型进行求解，可以得到杆管柱在地下环境中的受力与变形情况。
包括各节点的位移、应力、应变等参数，以及杆管柱的整体变形形态。
这些数据对于评估井下作业的安全性、优化杆管柱设计及预防失效具有重要意义。
四、应用实例以某油田水平井为例，采用有限元分析方法对杆管柱的受力与变形进行了详细的分析。
首先建立了包括井眼轨迹、杆管柱几何尺寸和材料属性等在内的几何模型。
然后，根据实际工况定义了边界条件和载荷，并进行了有限元网格划分。
通过求解，得到了杆管柱在地下环境中的受力与变形情况。
根据分析结果，优化了杆管柱设计，提高了井下作业的安全性和效率。
五、结论水平井杆管柱力学的有限元分析方法在工程实践中具有广泛的应用价值。
通过建立合理的几何模型、划分合适的有限元网格、定义材料属性、边界条件和载荷等，可以有效地模拟杆管柱在地下环境中的受力与变形过程。
SYT 6698-2007 油气井用连续管作业推荐作法勘误表一(2016.05)
序 号 1 页 码 4 k）对于修井、钻井和测井作业，都有合适的工具使用。 k）能下入许多经改进后的修井、钻井和绳索作业工具。 （工作压力比不适当， ） （额定工作压力选择不当， ） K）由于油田焊接造成的降级。 k）未对现场焊缝降级使用。 成品的精确定径是在焊接后，在成型生产线上通过微小的直径变形来完成的。 成品连续油管直径是管成形过程中焊后略微缩小的直径。 变径连续管管柱是在一卷的长度内，可以包含两种以上外径相同而壁厚不同的管子。 变径连续油管管柱是在保持外径不变的条件下，通过改变其壁厚制成的单根连续油管。 在服役情况更苛刻时，ASTM A450 的要求或制造厂的书面规定只是一个最低的接受标准。 ASTM A450 的要求作为最低验收标准，或以厂家的书面技术要求为准（若使用的环境条件更苛刻） 。 由于连续管是在制造的同时进行成卷的，在成卷的过程中管子会产生变形，可能会影响到外径尺寸，并使管子变成椭圆形。 连续油管制造期间的盘卷过程会导致管体变形，可能会影响其外径和椭圆度。 在连续管制造中，挤毁压力（在没有轴向应力和内压时）Pc， 成品连续油管的挤毁压力（在没有轴向应力和内压时）Pc， 此外，当变径连续管用于作业时，还需进行井下工具的输送和机械作业。 此外，变径连续油管管柱也用于要求下入并机械操作井下工具的场合。 修订前后对比
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SY/T 6698-2007 油气井用连续管作业推荐作法勘误表一（2016.05）
各种类型的焊缝是连续油管的基本特征之一。由于部分焊缝的循环寿命明显小于管体的循环寿命，因而焊缝的循环寿命广受关注。 45 34 由于焊接是在一种全由几何学控制和焊透的情况下完成的，所以焊缝较高并具有相同的质量。 因为焊缝是在理想条件下完成且对焊缝的几何形状和焊透深度进行了全面控制，因此，焊缝具有高且稳定的质量。 管子也可以采用钨极氩弧焊（TIG） ，用手工方法环焊在一起，但仅在油田修理时才采用。 采用钨极惰性气体保护电弧焊对连续油管进行手工对接焊的方法常常是现场维修时的唯一选择。 油田环焊的连续管的焊接质量很多都存在问题，而且质量也存在着潜在的可变性，因此建议先进行一些实验性的焊接试验，以减少油田 47 34 环焊的次数。 其结果是现场对接焊缝是所有连续油管焊缝中最容易出问题的位置，加之现场对接焊缝质量潜在的不稳定性，因此，基于实验测试结果 的推荐作法是降级使用现场对焊焊缝。 48 34 最大拉力是指注入器直接应用到连续管上的最大拉伸力，要比厂商推荐的防喷器液压作业值要高一些。 最大上提力是按厂家推荐液压操作压力，注入器施加在伸出防喷盒顶部的连续油管上的最大拉力。 注入器要能对连续管提供足够的牵引力，所以连续管表面一般要涂上保护剂，在最大的拉力或最大的起下力的作用下，连续管和注入器 49 35 之间不能有滑移存在。 注入器应能提供足够大的连续油管牵引力，以确保表面覆盖一层常规保护润滑剂的连续油管在最大上提力或下推力的作用下，通过注入 器的连续油管与注入器之间不会产生相对位移。 50 37 当夹紧时，要降低链条的涨紧度以避免链条弯曲。 通常情况下，在轻管起下阶段必须增大链条涨力以免链条扭曲。 通常这个应急系统包括作业室内的蓄电池和手工液压泵。 通常这个应急系统由储能器组成，且可纳入控制室内的手动液压泵。
油气井杆管柱力学课件
05
油气井杆管柱的应用 实例
油气井杆管柱在石油工程中的应用实例
1 2 3
石油开采
油气井杆管柱在石油开采过程中起到关键作用， 用于支撑井壁、传递扭矩和压力，确保石油顺利 开采。
钻井工程
油气井杆管柱作为钻杆的重要组成部分，用于输 送钻井液、传递钻压和扭矩，同时起到保护钻头 和井壁稳定的作用。
油气分离
材料检测与评估
对杆管柱的材料进行检测和评估，以确保其质量和可靠性。
油气井杆管柱的工艺优化设计
工艺流程优化
01
对杆管柱的制造工艺流程进行优化，以提高生产效率和降低成
本。
工艺参数优化
02
对杆管柱的制造工艺参数进行优化，以提高其质量和性能。
工艺质量控制
03
建立完善的工艺质量控制体系，以确保杆管柱的质量和可靠性
油气井杆管柱的强度分析
材料强度分析
研究杆管柱材料的强度特性，如抗拉、抗压、抗弯等。
结构强度分析
研究杆管柱结构的强度特性，如连接处、弯曲处等。
03
油气井杆管柱的稳定 性分析
油气井杆管柱的静态稳定性分析
静态稳定性分析
研究杆管柱在静止状态下的稳定 性，分析其受到的静力平衡状态 ，以及在各种外力作用下的稳定
有限元分析
利用有限元分析方法，对杆管柱的结构进行仿真 分析，以评估其力学性能和优化设计方案。
参数化设计
采用参数化设计方法，对杆管柱的结构参数进行 优化，以实现最优的结构设计。
油气井杆管柱的材料优化设计
材料选择
根据油气井的工况和要求，选择合适的材料，以提高杆管柱的力 学性能和使用寿命。
井下管柱力学分析及优化设计
井下管柱力学分析及优化设计一、本文概述随着石油工业的发展，井下管柱作为石油开采过程中的关键组成部分，其力学性能及优化设计日益受到业界的广泛关注。
本文旨在全面探讨井下管柱的力学特性，以及针对其在实际工作环境中的受力情况进行详细分析，从而提出有效的优化设计策略。
通过对井下管柱的力学分析，可以深入理解其在石油开采过程中的行为规律，预测潜在的安全风险，并为提高管柱的承载能力和延长使用寿命提供理论支持。
优化设计的提出将有助于降低开采成本，提高石油开采效率，为石油工业的可持续发展做出贡献。
本文的研究不仅具有重要的理论价值，而且具有广泛的应用前景。
二、井下管柱力学基础在石油、天然气等地下资源开采过程中，井下管柱作为重要的设备之一，其力学特性对于确保开采过程的安全和效率具有决定性的影响。
因此，深入理解和掌握井下管柱的力学基础，是优化设计井下管柱结构、提高开采效果的前提。
井下管柱的力学行为主要受到轴向力、弯曲力、剪切力以及压力等多种力的影响。
这些力主要来源于地层应力、流体压力、温度变化、管柱自身的重量以及操作过程中的外力。
其中，轴向力主要由管柱自身的重量和地层应力引起，弯曲力则是由地层弯曲和管柱自身的挠曲造成，剪切力则可能由流体流动、温度变化等因素产生。
在力学分析中，我们通常采用弹性力学、塑性力学以及断裂力学等理论工具，对井下管柱在各种力作用下的行为进行深入的研究。
例如，通过弹性力学，我们可以分析管柱在弹性范围内的应力、应变分布，以及管柱的变形情况；而塑性力学则可以帮助我们理解管柱在塑性变形阶段的力学行为，以及管柱的承载能力；断裂力学则可以揭示管柱在断裂过程中的力学规律，为预防管柱断裂提供理论依据。
井下管柱的力学行为还受到流体压力的影响。
在开采过程中，地层流体（如石油、天然气、水等）的压力会对管柱产生压力作用，从而影响管柱的力学行为。
因此，在力学分析中，我们还需要考虑流体压力对管柱的影响，以及管柱与流体的相互作用。
分析油田采油管柱技术的应用
分析油田采油管柱技术的应用摘要:采油管柱在采油工程中具有重要的作用，采油机械系统离不开采油管柱，正是有了采油管柱，油井中的原油才可以从数百上千米的地下开采到地上,为人类所用。
随着采油需求的多样化，专业采油管柱的种类也逐渐增多，主要是针对原油开采的管柱和针对稠油开采的管柱两类。
为了更好地使用采油管柱进行油田的开采，结合实际使用情况，具体分析了采油管柱技术的实践运用。
关键词:油田开采；采油管技术；技术运用分析石油的广泛应用离不开油气资源的勘探开发。
在油气资源的勘探与开发技术中，采油管柱技术是一项重要的工程技术，在对油气资源储藏量和油气开采附近的地理地质条件进行评估时，采油管柱技术的功能得以体现。
开发开采油田，采油管柱是重要的部分，相关的技术的高低在一定程度上也代表着一个国家石油开采的能力。
采油管柱技术服务于油气开采，只有应用于相关的实践中才能实现内在的价值。
分析采油管柱技术的应用，有助于优化优化油田开采，为油田开发开采实践提供指导意义。
1 采油管柱技术简介在我国的油气资源开采系统中，主要采用的是机械采油技术，在机械采油中，采油管柱采油占有重要的地位，其具体应用流程主要是，通过井筒针对地下的油层作业，在油层中驱油进入井筒，管柱作为一个介质传输原油，将原油输送到输油井中，再通过输油井传送到地面上，完成原油的开发开采作业。
随着输油管柱在油田开采中的应用的广泛，输油管技术对于驱油条件的改善作用、对于井网开采油田的实用性提升等的作用得到了越来越多的油气开采一线人员和工程师的认可，可以预见，采油管柱技术将对完善优化油田开采做出重要的贡献，具有广泛的应用前景。
2 采油管柱技术的重要价值在进行油田开采作业准备时，要通过应用采油管柱技术充分了解地下油气资源储藏量，进一步明确油井能够达到的产油量的大致范围、对地下裂缝分布进行具体详细的认识、明确地应力场等。
根据采油管柱技术对地质条件、油气资源情况进行综合地分析，可以在开发作业前满足油田开采工程中需要的密切关注的众多技术目标和具体要求。
油气井杆管柱动力学基本方程及应用
文章编号:025322697(1999)0320087290油气井杆管柱动力学基本方程及应用Ο李子丰Ξ李敬元 马兴瑞 黄文虎(中国地质大学) (中国空间技术研究院) (哈尔滨工业大学)摘要:随着油气田开发的需要,自本世纪50年代以来,针对油气井杆管柱力学的某些特殊问题已进行了较广泛、较深入的研究,但所有的研究工作都是基于某项特殊需要而进行的,未形成统一的理论。
文中通过对油气井杆管柱进行力学和运动分析,建立了用于对油气井杆管柱进行各种力学分析的几何方程、运动平衡方程和本构方程,介绍了在油气井杆管柱的拉力和扭矩计算、下部钻具力学分析、油气井杆管柱的稳定性、有杆泵抽油系统井下工况诊断与预测、钻柱振动和热采井管柱力学分析中的应用。
主题词:钻柱;套管;油管;抽油杆;钻具;受力分析;偏微分方程1 前 言杆管柱是油气钻采工程中最重要的下井工具。
油气井杆管柱在充满流体的狭长井筒内工作,在各种力的作用下,处于十分复杂的受力、变形和运动状态。
对油气井杆管柱进行系统全面、准确的力学分析,可以达到如下目的:(1)快速、准确、经济地控制油气井的井眼轨道;(2)准确地校核各种杆管柱的强度,优化杆管柱设计;(3)优化油气井井身结构;(4)及时、准确地诊断、发现和正确处理各类井下问题;(5)优选钻采设备和工作参数。
自本世纪50年代以来,针对油气井杆管柱的某些特殊问题已进行了较广泛、较深入的研究,发表了数以百计的学术论文。
特别是“七五”和“八五”期间国家组织的对定向丛式井和水平井的科技攻关,使我国的油气井杆管柱力学研究水平大大提高。
但所有的研究工作都是基于某项特殊需要而进行的,未形成统一的理论,对某些问题如动力问题和几何非线性问题研究较少,为此需要对杆管柱动力学问题进行系统的研究,建立统一的理论。
本文通过对油气井杆管柱进行力学和运动分析,建立了用于对油气井杆管柱进行各种力学分析的几何方程、运动平衡方程和本构方程。
最后,简要介绍了这些基本方程在石油钻采工程中的应用。
完井管柱力学分析及工程应用
N = F + q sin cos ∀ 4 EI != A sin 2 z p s ps = 2 ∀= 2 z p h F= 2 EIq sin EI ( 3 2) A + 1 2 q sin 1 - A 8 ph = 32 A + 1
2 2
2
8
2
EI F
2
1- A 8
( 7)
F sr = 1. 875F s Fh = 2 2Fs 其中 m= EI q 式中 : E % % % 管材弹性模量; I % % % 管柱横截面惯性矩 ;
z
m min, 井口压力预计达到 100 MPa, 而环空又不能 打足够的平衡压力。因 244. 475 mm 油层套管下入 后历经 329 d 钻井、 38 d 完井试油, 并经过一次酸压 裂施工 , 磨损较为严重。 根据原管柱设计, 酸压管柱最大缩短变形超过 4 m, 最小安全系数只有 1. 3, 达不到 1. 4 的安全储备 系数下限。为了考察环 空加压和提高 压井液密度 ( 都可以提高 RTTS 封隔器的工作压差) 对管柱变形 和强度的影响, 又补充计算了( 1. 3 压井液 )、 ( 1. 3 压 井液 + 环空加 10 MPa ) 和( 1. 5 压井液) 三种不同控 制方式下管柱的变形和应力, 供生产决策参考。计 算对比结果如表 1 所示。
表1 高压酸化井管柱力学计算结果对比
1. 3 压井液 无流量 - 0. 36 1. 84 - 4. 47 - 0. 59 - 3. 58 902 574 1. 3 流动 - 2. 04 2. 38 - 4. 47 - 0. 58 - 4. 71 1064 569 1. 3 1. 3 压井液+ 10MPa 环空加压 未流量 - 0. 36 1. 31 - 3. 83 - 0. 51 - 3. 39 858 519 1. 4 流动 - 2. 04 1. 86 - 3. 83 - 0. 28 - 4. 29 999 514 1. 4 1. 5 压井液 未流量 - 0. 36 1. 58 - 3. 89 - 0. 48 - 3. 15 926 564 1. 3 流动 - 2. 04 2. 13 - 3. 89 - 0. 27 - 4. 07 990 533 1. 4
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用途 套管、油管
抽油杆
钻柱
钻杆 钻铤
接头 钻杆 稳定器
方钻杆
钻头
接头
钻柱的作用
(1)提供钻井液流动通道； (2)给钻头提供钻压； (3)传递扭距； (4)起下钻头； (5)计量井深; (6)观察和了解井下情况； (7)特殊作业（取芯、挤水泥、打捞等）； (8)钻杆测试 ( Drill-Stem Testing),又称中途测试。
4 5 6
动力 导向 导向
大钻压 设计 设计
防斜、降斜原理： ①静力型。靠钻头与地层的相互作用的综合结果。 包含地层各向异性、钻头各向异性、钻压、钻头的侧压 力、钻头转角等因素的影响。 ②动力型。动力型与静力型的不同之处是，在侧向 破岩过程中，利用了动力和非线性破岩特性。
侧 向 钻 速
底面工 作区
BHA
分析
空间维数 二 能量法 经典微分方程 纵横弯曲法 差分法 加权余量 有限元法 √ √ √ √ √ √ √ √ √ 三
静动态 静态 √ √ √ √ √ √ √ √ √ 动态
大小挠度 小 √ √ √ √ √ √ √ √ 大
（3）加权余量法进展 从油气井杆管柱动力学基本方程出发，建立了通用下 部钻具三维小挠度静力学分析、三维大挠度静力学分析 和三维小挠度动力学分析的数学模型。用加权余量法和 最优化方法对三维小挠度静力分析数学模型求解求解,编 制了分析软件,结合三维钻速方程，对水平井井眼轨道进 行了分析与预测，满足工程需要。
油气井杆管柱指的是什么？ 这些杆管柱有哪些用途？ 这些杆管柱能够安全的起下吗？ 这些杆管柱设计的经济吗？ 地面设备合适吗？ 如何控制井眼轨道？ 如何提高这些杆管柱的使用寿命？ 如何从地面的测量结果知道井下的工作状态？ ……..
想知道这些, 请
油气井杆管柱力学。 .
研究油气井杆管柱力学的著名专家
国外：
-0.0671 -0.5274
-0.0067 -0.0039 -0.0159 -0.0347
（4）防斜工具和方法
序号 1 2 3 类型 静力 静力 动力 名称 钟摆钻具 降斜钻具组合 弯接头、偏轴 接头、偏重钻 铤等 光钻铤 导向钻井系统 垂直钻井系统 施工参 数 小钻压 设计要 求 正常 优点 防斜、纠斜 效果好 防斜、纠斜 效果较好 防斜、纠斜 效果较好 防斜、纠斜 效果较好 防斜、纠斜 效果好 防斜、纠斜 效果好 缺点 钻速慢 钻速一般 钻具易疲 劳破坏 钻具易疲 劳破坏 钻速较慢、 昂贵 钻速较慢、 昂贵
（3）斜井
由于钻柱靠重力作用躺 在井壁下侧并与井壁产生滑 动摩擦，导致： 纵向振动减轻 横向振动减轻 扭转振动减轻 反向涡动减轻或消失 所以在斜井中，钻柱振 动导致的疲劳破坏较少。
钻柱绕自身 轴线旋转。
钻柱若存在 弯角则正向 向公转。
3、发展方向
关于钻柱的运动状态，目前还主要是定性描述，虽 然已经向定量描述钻柱的振动和涡动状态努力，但还没 有获得工程实用的结果。 今后的研究重点： （1）钻柱的振动； （2）钻柱的涡动。
公扣
母扣
钻杆
钻铤
钻柱的破坏
变形
套管
钻柱
疲劳破坏
磨损
腐蚀
氢脆破坏
套管
套管程序
oil zone
套管本体和接箍
套管的作用
表层套管
(1)保护和隔离浅软地层; (2)安装井口和悬挂后续套管;
生产套管
(3)保护地层, 提供生产通道;
中间套管
(4)封隔复杂地层;
尾管
(5)为了节省套管，不延伸到地面的部分生产套管或中间套管。
油管的失效
(1)变形; (2)断裂; (3)腐蚀; (4)接头问题; (5)磨损(与抽油杆）。
抽油杆
两端具有丝扣接头的钢杆（管）
抽油杆的作用
(1)起下和悬持柱塞等工具; (2)从地面向井下传递轴向位移和力; (3)从地面向井下传递旋转运动和扭矩; (4)了解井下状况。
抽油杆的失效
(1)疲劳和断裂; (2)磨损; (3)腐蚀; (4)接头问题。
杆管柱的运动状态
(1)轴向运动(起下,纵向振动) (2)横向振动 (3)旋转 (自转，公转 )
作用在杆管柱上的力
(1)自重; (2)液体的浮力; (3)内外压力; (4)振动力; (5)底部力; (6)接触力和摩擦力; (7)粘滞力; (8)热应力。
杆管柱内的应力
(1)拉压应力; (2)剪应力; (3)弯曲应力; (4)热应力。
国内：
1. 苏义脑 2. 高德利 3. 赵国珍 4. 龚伟安 5. 赵怀文 6. 施太和 7. 韩志勇 8. 董世民 9. 李子丰 10. ……
油气井杆管柱
• • • • • 钻杆 钻铤 套管 油管 抽油杆
油气井杆管柱的材料
代号 D-55 E-75 X-95 G-105 S-135 AISI4145 屈服应力 (lb/in2) 55000 75000 95000 105000 135000 65000 断裂应力 (lb/in2) 95000 100000 105000 115000 145000 100000 钻铤 用途 钻杆
侧面工 作区
侧压力
序号 静力降斜力 动力侧向力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Fd＞0 Fd＞0 Fd＞0 Fd＞0 Fd＞0 Fd＞0 Fd=0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 Fd ＜ 0 0 0 0 Asinω Asinω Asinω Asinω 0 0 0 Asinω Asinω Asinω
(1)大钩负荷与所钻井深的关系
上提
下放
旋转
(2)钻柱受力与测深的关系
上提
下放
旋转
(3)特殊作业钻柱受力与测深的关系
倒扣
震击
（4）监测岩屑床
（5）监测套管磨损
3、发展方向
（1）实时从大钩处测量测量负荷，消除从死绳负荷 计算大钩负荷的误差； （2）实时测量钻头扭矩与钻压（国外已经实现）； （3）实验研究摩擦系数与岩屑床厚度、岩石类型、 钻井液性能等关系。
油气井杆管柱力学及应用
ห้องสมุดไป่ตู้
燕山大学 李子丰
2007年
杆管柱在石油工程中的作用
杆管柱在石油工程中的 作用 支撑油井 从井下向地面传递信息 从地面向井下传递指令 从地面向井下传递能量 和物质,生产油气 起下工具
= 脊柱在人体中的作用
脊柱在人体中的作用
支撑身体 从身体向大脑传递信息 从大脑向身体传递指令
杆管柱在石油工程中是多么重要啊?！
套管的失效
套管
钻柱
腐蚀
磨损
拉伸 + 外挤
压缩 + 外挤
变形(弯曲,屈曲,挤毁)
高温
断裂
变形(弯曲,屈曲,挤毁)
油管
常规油管 本体直径<4.5in
连续油管
油管的作用
(1)提供从地层到地面的流体生产通道，和从 地面到地层的流体注入通道； (2)起下和悬持各种工具; (3)计算工具深度; (4)观察和诊断井下状况。
代号 H-40 J-55 K-55 C-75 L-80 N-80 C-90 C-95 P-110 Q-125 K C D
屈服应力 (lb/in2) 40000 55000 55000 75000 80000 80000 90000 95000 110000 125000 ? ? ?
断裂应力 (lb/in2) 60000 75000 75000 95000 100000 100000 100000 105000 125000 135000 83000 88000 138000
杆管柱的安全状态
管体内，任何位置，任何时间:
σ i = σ t2 + σ r2 + σ θ2 − (σ tσ r + σ r σ θ + σ θ σ t ) + 3τ 2 <= [σ ]
应力强度 轴向应力 径向应力 周向应力 剪应力 许用应力
油气井杆管柱力学
油气井杆管柱的运动状态 油气井杆管柱动力学基本方程
应油气田开发的迫切需要, 自本世纪五十年代以来 针对油气井杆管柱的某些特殊问题已进行了较广泛、较 深入的研究, 发表了数以百计的学术论文。特别是“七 五”、“八五” 和“九五”期间国家组织的对定向丛式井和 水平井的科技攻关, 使我国的油气井杆管柱力学研究水 平大大提高。但所有的研究工作都是基于某项特殊需要 而进行的, 未形成统一的理论, 对某些问题如动力问题 和几何非线性问题研究较少, 为此需要对杆管柱动力学 问题进行系统的研究, 建立统一的理论。
二、油气井杆管柱动力学基本方程
1、目的、意义
油气井杆管柱在充满流体的狭长井筒内工作，在各 种力的作用下，处于十分复杂的受力、变形和运动状态。 对油气井杆管柱进行系统全面、准确的力学分析, 可以 达到如下目的: (1) 快速、准确、经济地控制油气井的井眼轨道; (2) 准确地校核各种杆管柱的强度,优化杆管柱设计; (3) 优化油气井井眼轨道; (4) 及时、准确地诊断、发现和正确处理各类井下 问题; (5) 优选钻采设备和工作参数。
油气井杆 管柱的稳 态拉力扭 矩
下部钻 具三维 力学分 析
油气井杆 管柱的稳 定性
钻柱的 振动
定向水平 井有杆泵 抽油系统 诊断与参 数优选
套管柱 力学分 析
一、油气井杆管柱的运动状态
1、目的、意义
油气井杆管柱的 运动状态，是研究油 气井杆管柱力学的基 础。
2、研究现状
（1）运动状态 轴向运动：起下钻，纵向振动。 横向运动：横向振动。 自转：绕自身轴线的旋转、扭转振动。 公转（涡动）：正向公转、反向涡动。
=
电磁学中的Maxwell方程
三、油气井杆管柱的稳态拉力和扭矩
1、目的、意义