深井试油管柱力学分析及其应用
油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用
Ｌ ｉ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｙ ｕ ａ ｎ Ｌ ｉ Ｚ ｉ ｆ ｅ ｎ ｇ Ｇｕ ｏ Ｌ ｅ ｉ
（ １ ． Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｙ ａ ｎ ｓ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ￣ ｉ ｔ ｙ ２ ． Ｃ Ｎ Ｐ Ｃ Ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ）
ａ ｎｄ ｗｅ ｌ ｌ ｗａ ｌ ｌ ，ｓ ｔ ｉｎ ｒ ｇ ｔ ｅ ｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｉｎｇ ｒ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｏ ｉ ｌ — ｇ ａ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ，ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄｉ ｎｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｓ ｔ ｉｎ ｒ ｇ’Ｓ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ，
深井生产作业管柱力学研究毕业论文
深井生产作业管柱力学研究毕业论文目录第一章前言 (1)1.1研究目的及意义 (1)1.2管柱力学研究历程 (2)1.3深井管柱力学研究理论与方法 (9)1.3.1基本理论 (9)1.3.2求解方法 (10)1.4研究容及技术路线 (12)1.4.1本文的主要研究容： (12)1.4.2技术路线 (13)第二章深井油井管柱力学分析 (14)2.1井筒温度、压力预测模型 (14)2.1.1井筒温度场计算模型 (14)2.1.2井筒压力场计算模型 (15)2.1.3温度、压力预测模型程序编制（附录A） (18)2.2带封隔器油井管柱基本效应 (19)2.2.1活塞效应 (22)2.2.2螺旋弯曲效应 (23)2.2.3鼓胀效应 (27)2.2.4温度效应 (29)2.3深井油井管柱载荷计算 (31)2.4深井油井管柱变形计算 (35)第三章深井油井管柱安全校核 (41)3.1油井光管柱应力校核 (41)3.1.1油管安全系数确定 (41)3.1.2抗外挤应力校核 (42)3.1.3抗压应力校核 (44)3.1.4 丝扣连接屈服强度校核 (44)3.2带封隔器油管柱安全校核 (45)3.3第四强度理论校核 (46)第四章实例计算 (50)4.1 常用油管技术参数 (50)4.2实例计算 (54)4.2.1井筒压力、温度分布（500m为一段） (54)4.2.2该油管柱轴向变形计算 (56)4.2.3该油管柱载荷计算 (60)4.2.4单向应力校核 (61)4.2.5第四强度理论校核 (62)第五章结论 (65)参考文献 (66)致谢 (68)附录 (69)第一章前言1.1研究目的及意义随着石油勘探开发技术的不断进步，钻井深度越来越深，环境也越来越恶劣。
目前许多井的垂直深度都超过了4500米，属于深井[1]。
深井具有高温高压高产以及施工条复杂的特点。
具体如下[2]：（1）高温高压，井底温度普遍超过130℃，压力超过70Mpa。
高温高压深井试油井下管柱力学分析及其应用
窦益华等．高温高压深井试油井下管柱力学分析及其应用 ． 钻采工艺 ，０ ７ ３ （ ） １ ２ ，６ ２ ０ ，０ ５ ：７— ０ ２
摘
要 ：分 析了高温高压 深井试 油及其 管柱的特点 ， 虑井身结 构 、 考 管柱组 合 、 管柱载 荷 、 温高压及 联作 等 高
因素 ， 进行管柱轴 向屈 曲分析 ， 到了屈 曲临界载荷 ； 得 然后 ， 综合考 虑屈 曲状 态 、 口和封隔器 的约束 ， 出 了井下 井 给 管柱载荷 、 变形 、 应力计算方法 与公式 。在此基础上 ， 经多年 、 十 口井的实践 ， 索出 了一套 实用 的试油 管柱力学 数 摸 计算 步骤 、 方法 ， 已形成 “ 做法” “ 例” 据此进行 管柱 力学 分析 ， 以得到实用 的结论 和可操作 的建议 。 或 惯 ， 可 关键词 ：井下管柱 ； 试油 ；高温 高压 ； 力学分析 ； 应用
摩 擦力 等 因素 的敏 感 性 增 大 。也 就是 说 ， 管柱 的温 度 效应 、 鼓胀 效应 和 活 塞 效应 导 致 的变 形对 管 柱 工 作 安全性 的影 响必 须考 虑 。如 ６００ｍ井 管柱 自重 ０
伸 长 是 ３０ ０ｍ 井 的 ４倍 ， ０ 而不 是 ２倍 。
（ ） 隔器 坐封 后 ， 柱 内外 流 体密 度 、 力 不 ２封 管 压
构、 管柱结 构及 作业 特 点 ， 在管 柱 力 学 理 论指 导 下 ，
进行管柱下深 、 载荷 、 强度 、 轴向变形等必要的计算 ，
收 稿日 ２０ — ６ ０ ； 期： ０７ ０ —８ 修回日 ２０ ＂８ ０ 期： ０ ０ —９ ７
理 论 体 系 ， 套 完 整 、 用 的计 算 方 法 。 一 般 的 一 实 与 “ 院派 ” 学 管柱 力学 理论 不 同 ， 本文 所 述 井下 管 柱 力
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近年来，随着石油工业的发展，对于油田采油管柱技术的需求也在不断增加。
随着石油资源的日益枯竭，传统的采油方法已经无法满足日益增长的需求，因此油田采油管柱技术的应用变得尤为重要。
本文将对油田采油管柱技术的应用进行分析，并探讨其在油田开发中的重要性。
一、油田采油管柱技术的概念油田采油管柱技术是通过管柱设备进行石油油井的生产过程，是制定钻井方案、完成油气井的调查评价和开发程度、进行油井维护、故障诊断、评价油气藏储层特性等一系列工作的一个重要手段。
通过有效合理的油田采油管柱技术应用，可以提高油井生产效率，降低工作成本，延长油井寿命，提高油气藏的有效开采程度，有效保障油气井的安全生产。
1. 提高采油效率油田采油管柱技术可以通过不同类型管柱的使用，优化井筒结构，提高注采效率。
通过合理设计的钻井方案，可以减少钻井过程中的阻力，提高动态地层控制效果，提高油井生产速度。
油田采油管柱技术还可以通过改善油井完井和改造工作，提高油井的产能和采收率。
2. 降低作业成本油田采油管柱技术的应用可以降低作业成本，提高资金利用效率。
通过精确的油气井地层分析，可以避免打井和修井的次数，减少井下作业的时间和成本，大幅降低复杂油气井的作业风险。
通过优化井筒结构，可以降低油井产能和注采效率所需的功率，降低电力成本。
3. 延长油井寿命油田采油管柱技术的应用可以有效延长油井的寿命。
通过合理的井下作业和井眼完整度评价，可以避免井底温泉和油层差化现象，降低油井堵塞和结垢风险，延长油井的寿命。
通过有效管柱的冲洗和润滑，还可以降低管柱和井下设备的磨损，延长其使用寿命。
油田采油管柱技术的应用可以提高油气藏的有效开采程度。
通过精确的油气藏储层特性评价和地层分析，可以避免破坏油层结构和区分不同产层，提高采收率。
通过合理的井下作业和油田维护，还可以避免油气井的效率低落和生产终止，提高油气井的有效开采程度。
油田采油管柱技术的应用对于保障油气井的安全生产，提高油井的生产效率和产能，降低作业成本和电力成本，延长油井的寿命，提高油气藏的有效开采程度，具有非常重要的作用。
《2024年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》篇一摘要：随着油田开发的深入，水平井技术日益受到重视。
本文通过对水平井杆管柱力学进行有限元分析，深入探讨其在实际应用中的关键作用和优势。
首先介绍了有限元法的基本原理及在杆管柱力学分析中的应用；然后详细阐述了水平井杆管柱的力学模型和有限元模型的建立过程；接着通过实例分析，展示了有限元分析在水平井杆管柱设计、优化及安全评估中的应用；最后总结了该方法的优点及未来研究方向。
一、引言随着石油资源的不断开发，水平井技术因其能够提高采收率、降低开发成本等优势，在油田开发中得到了广泛应用。
水平井杆管柱作为油气开采的关键设备，其力学性能的优劣直接关系到油田开发的效率和安全。
因此，对水平井杆管柱进行力学分析具有重要意义。
有限元法作为一种有效的数值分析方法，在杆管柱力学分析中得到了广泛应用。
本文将通过对水平井杆管柱力学的有限元分析，探讨其在实际应用中的价值和效果。
二、有限元法的基本原理及应用有限元法是一种通过离散化处理连续体问题的数值分析方法。
它通过将连续体划分为有限个单元，对每个单元进行近似求解，从而得到整个连续体的近似解。
在杆管柱力学分析中，有限元法可以有效地模拟杆管柱在复杂地质条件下的受力情况，为杆管柱的设计和优化提供有力支持。
三、水平井杆管柱的力学模型及有限元模型建立1. 力学模型：水平井杆管柱的力学模型主要考虑了杆管柱的几何尺寸、材料性能、边界条件等因素。
通过建立合理的力学模型，可以更好地描述杆管柱在复杂地质条件下的受力情况。
2. 有限元模型建立：在建立有限元模型时，需要首先对杆管柱进行离散化处理，划分为若干个有限元。
然后根据力学模型，对每个有限元进行分析和求解，从而得到整个杆管柱的受力情况。
在建模过程中，需要考虑杆管柱的材料性能、几何尺寸、边界条件等因素，以确保模型的准确性和可靠性。
四、实例分析以某油田的水平井杆管柱为例，通过有限元分析，探讨了其在不同地质条件下的受力情况。
测试管柱力学分析
加载时轴向力分析
B区：在A、B两区的交界附近，管柱上下 端轴向力都有明显的下降现象，这是从平 面弯曲向空间弯曲转变的重要标志。在变 形形状改变时（由平面屈曲到螺旋屈曲）， 管柱发生瞬时跳跃，积累的变形能重新分 布，致使轴向力下降。
加载时轴向力分析
变为空间屈曲后，管柱在弹 性力作用下，仍然具有承载能力，所以整 段管柱并没有直接贴向井壁，而是处于悬 垂状态，偶尔有个别点接触井壁，接触力 也比较小，因此在B区管柱上下两端的轴 向力仍然基本平行，其高度差为管柱自重。 图中显示这一段轴向力上升幅度很小，位 移变化量比较大。
测试管柱分析
为了保证测试的安全性，在测试前，必须 对测试管柱进行强度校核和变形分析，得 出整个系统的综合安全系数，从而可以更 好的指导我们进行测试作业，确保整个测 试过程的安全性。
测试管柱力学分析
引言 垂直井眼中管柱的稳定性和螺旋弯曲分析 测试管柱静力学分析 测试管柱动力学分析
引言
油井管柱是油井试油作业的主要承载和动力 传递构件。在作业或生产过程中，管柱要承受内 压、外压、井底钻压、自重、粘滞摩阻、库仑摩 擦力、井壁支反力、活塞力等多种外载的联合作 用。在这些外力的联合作用下，管柱有可能发生 正弦或螺旋失稳弯曲；并进而使管柱与井壁之间 的法向正压力以及库仑摩擦力急剧增加，严重时 可能发生自锁。特别是在水平井、定向井中，摩
螺旋屈曲阶段
由于管柱较长，D点之后管柱出现螺 旋状变形。此后相当长一段时间，空间螺 旋处于发展阶段，轴向力与变形基本呈正 比（相当于一弹簧），直到E点。在E点附 近，摩擦力的影响又开始显现，从而影响 了变形的进一步发展，造成载荷浮动。
螺旋屈曲阶段
从E点到O点，尽管轴向力上下 浮动较大，但是平均值却变化不大。在这段，轴 向力反复出现峰值和谷值，反映了变形对轴向力 的影响。DE、GH、JK、N0段是能量积累阶段， 轴向力与变形近似呈正比。EFG、HIJ、KLMN 段是释放能量阶段，能量释放（摩擦释热），管 柱缩短（热胀冷缩），使变形向纵深发展阶段， 由于受到摩阻影响，中途出现台阶。可以想象， 如果没有摩擦力影响，E0段将是比较平滑的。
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
《2024年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》篇一摘要：本文详细阐述了水平井杆管柱力学的有限元分析方法，并通过具体案例展示其在实际工程中的应用。
通过对水平井杆管柱进行三维建模、材料属性定义、边界条件设置、网格划分和求解分析等步骤，利用有限元分析软件进行计算，探讨了其力学性能及优化方案。
一、引言随着石油、天然气等资源的开发不断深入，水平井技术因其高效采油、气藏开发的特性得到了广泛应用。
在水平井开发过程中，杆管柱作为钻井和采油的重要设备，其力学性能的稳定性和安全性直接关系到整个开采过程的安全性和效率。
因此，对水平井杆管柱的力学性能进行精确的有限元分析具有重要意义。
二、水平井杆管柱的有限元分析方法1. 三维建模根据实际工程需求，建立水平井杆管柱的三维模型。
模型应包括杆管柱的几何尺寸、材料属性等关键信息。
2. 材料属性定义根据杆管柱的实际材料，定义其弹性模量、泊松比、屈服极限等材料属性。
3. 边界条件设置根据实际工作条件，设置杆管柱的边界条件，如固定端、活动端等。
4. 网格划分将三维模型进行网格划分，形成有限元网格，以便进行后续的有限元分析。
5. 求解分析利用有限元分析软件对模型进行求解分析，得到杆管柱的应力、应变等力学性能参数。
三、有限元分析软件的应用以某油田水平井杆管柱为例，采用上述有限元分析方法，利用专业有限元分析软件进行计算。
通过计算得到杆管柱的应力分布、变形情况等力学性能参数，并对结果进行分析和评估。
四、案例分析以实际工程为例，对水平井杆管柱进行有限元分析。
首先，建立该工程的三维模型，并定义材料属性及边界条件。
然后，进行网格划分并利用有限元分析软件进行求解。
通过分析得到杆管柱的应力分布图、变形图等结果，并对其力学性能进行评价。
同时，根据分析结果提出优化方案，以提高杆管柱的力学性能和安全性。
五、结论本文通过对水平井杆管柱进行有限元分析，探讨了其力学性能及优化方案。
通过实际案例的分析，验证了有限元分析方法在水平井杆管柱力学性能评估及优化中的有效性。
简析油井调层开采过程中管柱技术研究与应用
简析油井调层开采过程中管柱技术研究与应用1、概述油井经过多轮蒸汽吞吐开采后，已动用油层含油饱和度大大降低，含水上升，汕汽比下降，当降至经济极限以下时，应对原井段封堵调层。
对原井段下部有新油层的油井，可采用封上采下技术来解决。
现有的封上采下工艺主要有以下两种：(1)通常对原开采汕层的封堵采用注水泥方法，但該方法施工时间长，施工工作量大(需要进行钻磨作业)，尤其进行大跨度下返调层开采时，需要进行大修作业，施工费用较高，封堵后的油层由于被污染而不能恢复。
(2)另一种是利用通过液压座封与机械座封相结合的封堵管柱进行封堵，但因为其无法克服连接管在注汽时的热应力，封堵长度一般不能超过20m，不能进行大跨度封堵。
且现用的堵水工具的中心管大多为62mm，这样在下泵时无法将泵挂在需要时下到封隔器以下，后续检泵时也必需将上次的堵水丁具捞出后才能进行冲砂作业，然后再重新下工具封堵，这样必将导致作业时间长、工序烦琐、材料成本浪费严重。
因此，我们研制开发并推广应用了大通径、大跨度、耐高温调层开采工艺技术，该技术实现了大通径(φ100mm)、大跨度(任意跨度)、耐高温封上采下工艺，解决了油井在下返调层开采中存在的诸多问题，现场应用效果显著。
2、结构原理2.1管柱结构该管柱主要由喇叭口、下封隔器、补偿器、中间连接管及上封隔器组成。
2.2工作原理工作机理是液压坐封与自封相结合，从而实现大跨度封堵。
上封隔器将释放机构与锚定密封装置结合为一体，其通过液压一次完成封隔器的座封、锚定和丢手操作：下封隔器依靠注汽温度自动工作，注汽时，装在封隔器密闭腔内的药剂受热气化(药剂的临界温度200℃)，体积迅猛增加，于是产生强大的推力推动活塞挤压密封件使之膨胀，实现密封，其内部锁紧机构保证停注时密封件不能回弹，使其在生产过程中仍保持密封；补偿器用来补偿中间连接管注汽时产生的热伸长，其补偿长度根据实际井况有所不同，从而实现大跨度封堵。
2.3主要技术参数(1)最大外径；152mm(2)涵径：100mm(3)丢手压力：15MPa(4)工作压力：13MPa(5)工作温度：350℃(6)解封负荷：100-200KN(7)耐腐蚀性能：可耐所有油井产出液腐蚀。
4 测试管柱的力学分析
4 测试管柱的力学分析测试管柱在井筒中要受到各种外力的作用，如内外压力、重力、井壁的反力等的作用。
这些作用力与温度共同作用在测试管柱上，造成管柱的变形，如拉伸变形和屈曲变形等，以及在测试管柱中产生内力，如轴向力、弯矩等。
如果这些变形或内力过大，就可能对测试管柱产生损坏。
在不同的操作中，这些外力是不同的。
因而，各种工况所产生的内力也不尽相同。
例如，下放测试管柱时，测试管柱受的外力为重力和完井液对管柱的浮力，上部则由钻机大钩吊着；在坐封时，大钩逐步加上钻压，即松弛力，使封隔器坐封；在开井时，测试管柱中有天然气流过，因而测试管柱内外压力会发生变化，此外，测试管柱的温度变化会使管柱伸长。
因此，在分析时必须根据不同工况进行具体分析。
管柱在受到外力作用时产生变形，根据不同的内力，变形有所不同。
众所周知，当管柱的轴向力是受拉时，管柱只是伸长，而当管柱的轴向力是受压时，除了轴向缩短外，对于这种长细比很大的管柱，管柱还会产生屈曲变形。
屈曲变形反过来又会影响内力。
因此，对测试管柱在井筒中的力学分析有助于合理地设计测试管柱及其测试操作。
在本章中，我们研究井眼中管柱的受力分析、受压部分的屈曲分析和测试管柱的强度分析。
4.1 测试管柱各工况的受力分析在地层测试过程中，需要进行测试管柱的下放（简称为下钻）、用低比重流体替代测试管柱中的流体（简称为低替）、封隔器坐封（简称为坐封）、打开井口关井阀诱喷（简称为开井）、井下关井阀关井（简称为1关）、井口关井阀关井（简称为2关）、高比重泥浆循环压井（由井口油管将高比重泥浆压入，从环形空间流出；简称为循环）或高比重泥浆反循环压井（由井口环形空间将高比重泥浆压入，从油管流出；简称为反循环）和压裂与酸化（简称为高挤酸）等操作。
在这些操作中，测试管柱受力是不一样的。
下面我们根据不同工况分析测试管柱的受力情况。
4.1.1 下钻完 测试管柱在下放的过程中，井眼中存在有完井液。
测试管柱此时受有重力、悬挂力和液体的作用力（浮力）。
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油田采油管柱技术是指利用管柱设备来进行油井开采的一种技术手段。
随着油田开采难度的不断提高，采油管柱技术也在不断地进行创新和改进。
本文将从技术原理、应用现状和发展趋势等方面对该技术进行深入分析。
一、技术原理1. 油井钻井管柱和采油管柱的区别油井钻井管柱是指在井孔内钻进，用以维持井眼稳定、传递钻进压力和转矩的管道设备。
而采油管柱则是为了输送产油和注入水、气等介质而设置的管柱设备。
两者的主要区别在于其使用目的和操作环境的不同。
2. 采油管柱的结构与组成采油管柱是由多根管道组成的，一般由进气管、泵送管、生产管等组成。
进气管用于输送注入的水、气等介质，泵送管则负责将产油输送至地面，生产管则用于产出的油气的输送。
采油管柱一般通过各种设备和工具与井口之间联接，并在井孔内共同作业。
3. 抽油机和采油管柱的配合采油管柱通常与抽油机相配合使用，通过抽油机的工作来实现对采油管柱内介质的抽送。
抽油机可通过不同的驱动方式（如电机、柴油机）来配合采油管柱的工作。
不同类型的抽油机搭配不同的采油管柱，可根据井口情况和油层特点进行合理选择。
二、应用现状采油管柱技术在石油工业中应用广泛，其主要用途是用于油井的采油作业。
在油田开采中，因油井深度、地层性质、注采方式等因素的不同，采油管柱的应用场景也多种多样。
1. 陆地油田的应用在陆地油田，采油管柱通常通过井口设备进入井孔，经由抽油机的工作，将地下产油推送至地面，并经过相应的处理和储存。
陆地油田的采油管柱技术发展比较成熟，采油管柱设备和相关配套设备的制造和安装都已经相对标准化。
在海上油田，采油管柱技术同样发挥着重要作用。
海洋环境的复杂性和不确定性给采油管柱的使用带来了一定挑战。
海上采油管柱应用主要有两种形式，一种是通过在海底铺设管道将油气输送至岸上工厂，另一种是在海上平台进行初步处理和储存。
在海上油田中，采油管柱的安全稳定运行对于整个油田开采作业的顺利进行具有至关重要的意义。
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)
《2024年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》篇一摘要：随着油田开发的深入，水平井技术日益受到重视。
本文通过有限元分析方法，对水平井杆管柱力学进行了深入研究，探讨了其力学特性和影响因素，并提出了相应的优化措施。
本文旨在为水平井的设计、施工及后期维护提供理论依据和指导。
一、引言水平井技术是现代油田开发的重要技术之一，其特点是能够提高油气的采收率，减少钻井成本。
在水平井的开采过程中，杆管柱的力学性能对于保障生产效率和设备安全具有重要意义。
本文将采用有限元分析方法，对水平井杆管柱的力学特性进行深入研究。
二、水平井杆管柱力学概述水平井杆管柱力学主要研究的是在钻井和采油过程中，杆管柱所受的力学作用及其变化规律。
这些力学作用包括但不限于重力、浮力、内压、外压、摩擦力等。
这些力的综合作用将直接影响杆管柱的稳定性和使用寿命。
三、有限元分析方法有限元分析是一种数值计算方法，通过将连续体离散成有限个单元，求解各单元的近似解，从而得到整个结构的近似解。
在水平井杆管柱力学分析中，有限元分析可以有效地模拟杆管柱在各种工况下的受力情况，为设计提供可靠的依据。
四、水平井杆管柱力学的有限元分析1. 模型建立：根据实际钻井和采油过程中的工况，建立水平井杆管柱的有限元模型。
模型应包括杆管柱的几何尺寸、材料属性、边界条件等。
2. 网格划分：对模型进行网格划分，将连续体离散成有限个单元，以便进行有限元分析。
3. 加载与约束：根据实际工况，对模型施加相应的载荷和约束，包括重力、浮力、内压、外压等。
4. 求解与分析：通过有限元软件进行求解，得到杆管柱在各种工况下的应力、应变、位移等数据。
5. 结果解读：根据求解结果，分析杆管柱的力学特性，包括稳定性、强度、刚度等。
五、影响因素及优化措施1. 影响因素：水平井杆管柱的力学性能受多种因素影响，包括地质条件、钻井工艺、采油工艺等。
其中，地质条件如地层压力、地层温度等对杆管柱的受力情况有重要影响。
2. 优化措施：针对影响因素，采取相应的优化措施，提高杆管柱的力学性能。
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油田采油管柱技术是指利用管柱设备来进行油田采油作业，通过精准的工程设计和操作技术，提高采油效率和降低采油成本，是油田开发中的重要技术手段。
本文将就油田采油管柱技术的应用进行分析。
一、油田采油管柱技术的概述1.1 油田的采油工艺油田的采油工艺一般包括注水、压裂、提高采收率、增产措施、人工举升和气提油等。
人工举升是油田采油作业中的重要环节，为了提高油井的生产率，减少采油成本，需要采用先进的管柱技术进行操作。
2.1 提高采油效率在油田的采油作业中，采油管柱技术能够提高油井的产能和效率。
通过合理的设计和布局，能够提高油井的注水效率，提高采收率，减少油井堵塞等问题，同时能够降低采油成本，提高油田的经济效益。
2.2 减少采油风险油田采油作业中常常会遇到高温高压、腐蚀等恶劣条件，采油管柱技术能够通过选用高强度、耐腐蚀的管柱材料，以及严谨的工艺操作，减少采油风险，确保油井的安全稳定运行。
2.3 降低采油成本2.4 实现智能化管理随着信息技术的不断发展，采油管柱技术也在不断更新，通过引入先进的传感器、监测系统和智能控制技术，能够实现对油井设备的智能化管理，实现远程监测、预警和故障排查，提高油井的运行效率和稳定性。
2.5 提高油田的可持续发展采油管柱技术能够有效提高油田的产能和效率，降低生产成本，减少环境污染等问题，有利于推动油田的可持续发展，促进油田资源的合理利用和保护。
三、发展趋势及应用前景随着油田开采难度的不断增加和环保要求的提高，油田采油管柱技术将会得到更广泛的应用，未来的发展趋势主要体现在以下几个方面：3.1 智能化技术的不断应用3.2 新材料和新工艺的应用未来，随着材料科学和工艺技术的不断进步，油田管柱设备将会采用更先进、更耐腐蚀、更高强度的新材料，通过新的工艺设计和制造工艺，实现对油井设备的提高性能、降低成本。
3.3 节能减排和环保技术的应用未来，随着环保意识的增强，油田采油管柱技术将会更多地应用于实现节能减排和环保目标，例如采用可再生能源、减少化学物质的使用、减少废水的排放等，实现绿色环保的油田开发。
深井测试管柱力学研究的开题报告
深井测试管柱力学研究的开题报告一、研究背景和意义在深水油气钻探过程中, 深井测试过程是判定油气层是否含有可采储量的重要工作。
深井测试需要在高温高压的环境下进行，因此测试管柱的力学性能对于测试过程的顺利完成至关重要。
深井测试管柱不仅需要具有足够的承载能力，还需要具有优异的防护性能，以便在测试过程中有效地防止发生事故。
因此，对深井测试管柱力学性能进行研究，对于石油工程领域具有非常重大的意义。
二、研究内容本文旨在对深井测试管柱力学性能进行研究，具体研究内容如下：1. 研究深井测试管柱的受力状态，包括管柱在受力过程中所受的轴向载荷、横向载荷和弯曲载荷等。
2. 研究深井测试管柱的振动特性，包括测试管柱在油井钻井过程中会引发哪些振动以及引起振动的原因。
3. 研究深井测试管柱的磨损特性，包括测试管柱在油井钻井过程中会引发哪些磨损以及引起磨损的原因。
4. 研究深井测试管柱的疲劳特性，包括测试管柱在油井钻井过程中会引发哪些疲劳以及引起疲劳的原因。
5. 研究深井测试管柱的断裂特性，包括测试管柱在油井钻井过程中会引发哪些断裂以及引起断裂的原因。
三、研究方法1. 理论分析法：采用理论模型对深井测试管柱的受力状态、振动特性、磨损特性、疲劳特性和断裂特性进行分析。
2. 数值模拟法：采用有限元方法对深井测试管柱的受力状态、振动特性、磨损特性、疲劳特性和断裂特性进行数值模拟研究，通过数值模拟可以更真实地反映测试管柱的工作环境和受力情况。
3. 实验研究法：采用实验方法对深井测试管柱的受力状态、振动特性、磨损特性、疲劳特性和断裂特性进行实验研究，通过实验可以验证理论分析和数值模拟的可靠性，对深井测试管柱的实际工作情况具有更加直观的了解。
四、预期成果1. 通过理论分析、数值模拟和实验研究，建立深井测试管柱的力学特性模型，为深井测试管柱的设计提供参考。
2. 揭示深井测试管柱在高温高压环境下的受力状态、振动特性、磨损特性、疲劳特性和断裂特性，为测试过程的顺利进行提供支撑。
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油田采油管柱技术作为石油开采领域中的重要技术之一，对于提高油田采油效率、延长油井寿命、降低生产成本具有重要意义。
本文将从管柱技术的定义、特点和应用实例三个方面进行详细分析，为读者全面介绍该技术的应用价值。
一、管柱技术的定义油田采油管柱技术是指在油井内通过合理设置管柱结构，通过管道、阀门等设备实现油井内的液体或气体的生产、注水等作业的技术方法。
该技术在油田采油过程中具有重要的作用，能够帮助油田管理者实现油田高效、安全、可持续的生产。
二、管柱技术的特点1. 灵活性：油田采油管柱技术能够根据不同油田的地质条件、油井情况进行灵活调整，适应不同的生产需求，具有很强的灵活性。
2. 效率高：通过合理设置管柱结构，可以提高油井的产能，提高采油效率，使得油井的生产能够持续稳定进行。
3. 安全性高：管柱技术在设计和施工时能够充分考虑到油井的安全性，对于防止油田事故、保护环境有着重要作用，具有很高的安全性。
4. 经济性好：管柱技术可以有效地控制油井的生产成本，减少能耗和物资消耗，降低采油成本，提高油田的经济效益。
三、管柱技术的应用实例1. 管柱技术在提高油井产能方面的应用在一些高含水层的油田，由于油藏中的水含量较高，导致油井生产中水油比过大，从而降低了油井的产能。
为了提高油井产能，可以通过管柱技术合理设置油藏的选区，将高含水层和低含水层区分开来，实现油井的分层生产，从而提高油井的产能。
2. 管柱技术在油井防喷井方面的应用在一些高压油藏中，油井会存在喷井的风险，一旦发生喷井将会给油田生产带来很大的危险。
通过采用管柱技术，在油井内设置防喷井的装置，可以有效地控制油井的压力，减少喷井的风险，保障油井的安全性。
3. 管柱技术在油田注水方面的应用在一些高含水油藏中，需要进行注水作业来提高油井的产能。
通过管柱技术合理设置注水井的位置，并采用合适的管柱结构，可以保证注水作业的有效进行，提高油井的产能，延长油井的寿命。
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。
深井生产作业管柱力学研究
深井生产作业管柱力学研究深井生产作业中，管柱力学是一个非常重要的研究领域。
管柱力学是研究深井生产中的钻杆、油管、套管等管柱组件及其受力特性的学科。
管柱力学的研究对于确保安全生产，提高生产效率具有重要意义。
本文旨在介绍深井生产作业管柱力学研究的现状和热点问题。
一、深井生产作业管柱受力特性研究深井生产作业中，管柱承受着巨大的载荷，其受力特性是管柱力学研究的重点。
现代管柱力学研究主要包括管柱受力分析、应力分析、破坏机理分析、动力学特性分析等方面。
管柱受力分析主要研究管柱在不同工况下的受力情况，如钻进、油管扩径、套管下降等。
应力分析则是对管柱内部应力分布和大小进行分析，以确定管柱的强度和稳定性。
破坏机理分析主要是探讨管柱破坏的原因和机制，为其防止和控制提供理论依据。
动力学特性分析则是研究管柱在受到外力作用后的振动特性和响应情况。
二、管柱力学研究技术手段管柱力学研究需要借助现代力学与计算机技术手段。
常见的研究手段包括模型试验、数值模拟和现场实验。
模型试验主要是利用模型器材重新复制生产现场并进行力学实验研究。
数值模拟主要是通过建立管柱力学模型，运用有限元方法和仿真技术等对管柱受力特性进行分析和预测。
现场实验则是对管柱受力现场实际情况进行测量与分析，探究管柱在活动条件下所受到的真实载荷。
三、管柱力学研究热点问题1. 复杂井型下管柱受力特性研究在现代深井生产中，井深逐渐加深，井型也越来越复杂。
面对复杂井型，钻井技术和套管选型等一系列问题都变得更加困难，管柱力学研究也面临巨大挑战。
如何研究管柱在复杂井型下的受力特性，进一步保证深井生产安全，提高生产效率，是未来管柱力学研究的短期重点。
2. 钻井作业中的管柱受力特性钻井是深井生产的核心工艺之一，其钻杆的稳定性的受力特征也是管柱力学研究的重点之一。
钻进过程中，钻杆承受着强大扭矩和压力，其稳定性受到诸多因素的影响。
如何探究钻杆受力特性，预测钻进中的管柱突变等问题，是研究钻井作业中管柱力学的重点。
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油田采油管柱技术是油田开采过程中十分重要的一环。
其主要目的是将石油从井口运输至地面，并通过管道和储罐等装置进行处理和储存。
下面我们从以下几个方面来分析油田采油管柱技术的应用。
一、深水油田开发随着地面油田资源的日益枯竭，深水油田的开发越来越受到重视。
由于深水油田的水深一般在几百米至几千米之间，传统的地面采油设备无法应用于深水环境。
因此，油田采油管柱技术的应用就显得尤为重要。
在深水油田开发中，油井通常会在海底打孔，并通过海底采油管路将采出的石油运输到岸上处理设施。
这就需要使用到超长、超重的油田采油管柱。
此外，对于深水油田的开发，还需要采用相应的驻泊系统和动力系统，以保证采油设备的稳定性和运行效率。
二、高效油井施工油井施工是油田采油管柱技术的重要应用领域。
传统的地面油井施工方式需要由人工操作钻探设备，投入大量人力、物力和时间。
而采用油田采油管柱技术可以实现自动化、无人值守等高效施工方式，将钻井时间缩短至数小时或数天之内。
采用油田采油管柱技术进行油井施工的优点在于可以实现高速、高效的井下开采，提高开采效率的同时也降低了施工成本。
同时，还能减少因故障或作业人员原因而引起的安全事故。
三、多井支持和控制随着采油技术的飞速发展，单个油井产量不够满足油田开采需求，因此，多井支持和控制成为了油田采油管柱技术的又一个应用领域。
在多井支持和控制中，各个井口的油田采油管柱需要相互配合、协同作业，确保各个油井间的油气能够很好地流动和互通。
此外，多井支持和控制还需要考虑到油田的地质环境、井位情况、水平和垂直方向等诸多因素，使多个油井能够相互补充，充分发挥整块油田的采油潜力。
四、井下探测技术油田采油管柱技术还可以应用于井下探测和数据采集。
在油井开采中，需要对井内石油流动状态、石油储层信息、水文地质状况等诸多因素进行监测和探测，以优化采油设备的布局和配置，提高采油效率和品质。
总结起来，油田采油管柱技术在深水油田开发、高效油井施工、多井支持和控制、井下探测等多个领域都有广泛应用，可以提高油田开采效率、降低成本和风险，从而促进油气资源的开发利用。
深井注入管柱力学行为及应用
深井注入管柱力学行为及应用深井注入管柱力学行为及应用是指在地下石油开采过程中，用于完成注入作业的管柱。
它在注入过程中以某种方式被注入在石油藏中，随后将作为承载和输送石油的结构，在井中长期处于操作状态。
管柱的设计和应用需要考虑到柱体、井下气体和注入液体的相互作用，以及在极其恶劣环境下的应力和位移行为。
下面分几个方面来阐述管柱力学行为及应用。
第一步，管柱设计。
深井注入管柱的设计比较复杂，涉及到多种物理参数，例如压力、流量、温度、材料强度等。
在设计过程中，需要进行力学分析，使其具有足够的承载能力，同时满足流体力学等方面的要求，保证其良好的口径和压降。
第二步，安装和测量。
安装与管柱测量通常分为两个步骤。
在安装过程中，需要考虑到压力和温度等因素，以及管柱的安全性和可靠性。
测量过程中需要关注机械张力、扭矩、温度和位移等参数，以获得管柱完整性和安全性的保证。
第三步，管柱的运行和维护。
管柱的运行和维护相当重要。
为确保管柱的性能不变，需要进行定期检修和维护。
同时，还需要对新技术、新方法和材料进行评估和采用，以提高管柱的性能。
第四步，管柱的应用。
在深井注入过程中，管柱的应用非常重要。
它需要在极其恶劣的环境下，提供稳定的支撑和较小的摩擦力。
同时，在操作和维护期间，要加强安全和质量控制，以确保注入作业的顺利进行。
总结，深井注入管柱力学行为及应用是一个涉及多个领域，具有复杂性和独特性的重要课题。
设计管柱时需要考虑多种因素，安装过程中需要注意各种参数的控制，维护过程中要备好灵敏的技术监察和材料维护，应用过程中要关注安全性和效率性的保证。
管柱的力学行为和应用的质量将直接影响石油开采的产量和石油公司的盈利能力。
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收稿日期： 2012 － 01 － 16 ； 修回日期： 2012 － 06 － 06
（ 3）
“井下数据无线电磁短传机理及技术研究” （ 编号： 2010D － 5006 － 0206 ） 资助。 基金项目： 中国石油科技创新基金 2008 年 9 月至今于中国石油大学（ 华东） 攻读机械设计及理论专业博士， 作者简介： 刘延鑫（ 1985 － ） ， 博士研究生， 从事油气井杆管柱力 E － mail： li学以及流体力学方面的研究 。地址： （ 266555 ） 山东省青岛经济技术开发区中国石油大学（ 华东） 机电工程学院， 电话： 18266636718 ， uyanxin1985@ yahoo． com． cn
四、 结论
（ 1 ） 根据深井试油管柱特点， 综合考虑油管内 粘滞摩阻以及发生正弦屈曲或螺旋弯曲时 外压力、 的支反力和附加摩擦力， 给出了井下管柱载荷、 变形 和应力计算公式， 并结合不同工况分析了管柱受力 分析边界条件。 （ 2 ） 根据油田现场运用实际， 对管柱内外流体 摩阻计算方法进行了改进。 （ 3 ） 根据理论分析， 运用 Visual － Basic 语言编写 了深井试油管柱力学分析软件， 并运用编写的软件计 算分析了某井的酸压管柱组合， 优化结果已运用于该 井的管柱优化设计， 目前该井已顺利完成试油。
2012 ， 35 （ 4 ） ： 71 － 73 刘延鑫等． 深井试油管柱力学分析及其应用 ． 钻采工艺， 摘 要： 针对深井管柱温度高、 注液压力大， 管柱受力复杂等特点， 综合考虑井身结构、 管柱组合、 工况、 施工 顺序等因素， 考虑封隔器的约束和温度 、 压力变化引起的温度效应 、 螺旋弯曲效应等四种效应对管柱受力 、 变形的 影响， 给出了试油井下管柱轴向受力 、 变形、 应力计算方法， 并结合油田现场实际对流体摩阻的计算方法进行了简 在管柱组合设计与强度校核 、 施工参数计算方面具有 化。根据理论分析开发了深井试油井下管柱力学分析软件， 一定的指导意义， 在胜利油田和大港油田已实际运用多次 。 关键词： 深井； 试油管柱； 力学分析； 应用
2 注入参 数 有： 排 量 6． 2 m / min； 井 口 施 工 泵 压 90 MPa； 平衡套压 20 MPa。
图1
管柱内流体受力分析示意图
2． 管柱受力边界条件 （ 1 ） 无流体注入， 油管下端自由， 如起下作业。 F （ L） = － p ou （ A O － A i ） （ 8） （ 2 ） 光油管， 下端无封隔器， 有流体注入， 如洗 井， 油管的轴向受力与无流体注入的情况相同 。 F （ L） = － p ou （ A O － A i ） F （ L） = － [ F z + p ou （ A O － A i ） ] m2 ； 其余同上。 外截面积， （ 9） （ 10 ） （ 3 ） 无流体注入， 管柱底端 RTTS 封隔器坐封。 kN； A O —封隔器处管柱 式中： F z —封隔器的坐封力，
［5 ～ 7 ］ ［4 ］
弯矩为： M（ s） = δ（ s） F τ （ s） 2 （ 5）
。 管柱变形
m。 式中： δ（ s） —s 处管柱与套管之间的间隙， 在油套间产生接触支反力的同时将产生附加摩 根据库仑定律， 摩擦力计算如下： 擦力， f N = λN （ s ） 式中： λ —管套摩擦系数。 流体对管柱的粘滞力本质是流体流动时管壁与 流体间的摩擦力。目前国内外虽然有一些测量和计 算方法， 但因为步骤较繁琐， 且涉及参数较多， 现场 运用不多。 针对该问题， 本文提出一种简单可行的计算方 法， 如图 1 所示。以管内液体为研究对象， 在油管内 液体流速均匀的情况下， 井口注入压力 p in 与井底压 因此在确定井液密度 ρ m 和井深 h 力 p ou 均可测得， 的情况下， 可得： p in A1 － f i + ρ m gh － p ou A2 = 0 （ 7） A2 —分别为井口和井底处管柱内截面积， 式中： A1 、 m2 ； f i —油管对管内流体的粘滞力， N； ρ m —油管内流 kg / m3 ； h—井深， m。 体密度， 通过式（ 7 ） ， 可近似求出 f i 。 对于其他工况， 根 据式（ 7 ） 计算， 即得内外流体对管柱的粘滞摩阻 。 （ 6）
1. 管柱强度分析 根据管柱井身数据及酸压参数， 运用编写的软 件进行计算， 校核结果如表 1 。
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第4 期
No. 4
钻
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器的拉力 99 kN。加入伸缩节后再次对管柱进行安 全性校核， 分析结果如表 3 。 由分析结果可知， 管柱 的安全性有了很大的提高， 根据油田现场对于管柱 加入伸缩节后的 的安全系数的要求 （ 不小于 1． 3 ） ， 管柱结构已可满足现场要求。
1. 试油管柱载荷分析 计算轴向力、 套管支反力和弯矩时， 以井底为坐 标原点， 井眼轴线为 s 轴， 向上为正方向。 对任意微 元段 ds 进行受力分析， 其轴向力为： dF（ s） = qe + fi － fo ds （ 1）
N； 式中： F （ s ） —离 井 底 高 s 处， 管 柱 所 受 轴 向 力， q e —油管在液体中的浮重， N / m； f i —油管内流体摩 N； f o —油套环空流体摩阻， N。 阻， 综合考虑内外流体压力对管柱轴向力的作用， “等效轴力［3］” Fτ ， 经分析， 设 则 F τ （ s） = F（ s） － p i （ s） A i + p o （ s） A o （ 2） p o （ s ） —离井底高 s 处油管内外压力， 式中： p i （ s ） 、 MPa； Ai 、 A o —油管内外径截面积， m2 。 若管柱发生正弦屈曲和螺旋屈曲， 管柱将与套 管内壁发生接触而产生支反力和弯矩 。油管柱发生 正弦屈曲时的接触支反力为： 2 δ（ s） F τ （ s） N（ s） = 8 EI 油管柱发生螺旋弯曲时的接触支反力为 ：
一、深井试油管柱力学分析
管柱在井下受自重、 油管内和油套环空液体内 外压力和粘滞摩阻， 如果管柱发生螺旋弯曲或正弦 屈曲， 管柱将产生弯曲应力和屈曲应力 ， 同时管柱还 将和套管内壁发生接触而产生摩擦力和支反力 。同 时， 对于不同的作业工况， 管柱受力分析所面临的边 因此必须对管柱受力和边界条 界条件也差别很大， 件进行分析。
表3 分析 位置 井口 封隔器
图2 深井试油管柱力学分析软件结构图
加入 3 m 伸缩节后管柱校核结果 套压 / MPa 20 64． 86 轴向 载荷 / kN 910 － 81 Mises 应力 / MPa 585． 9 82． 8 许用 强度 / MPa 758 812 安全 系数 1． 30 9． 81
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钻采机械
深井试油管柱力学分析及其应用
1 1 2 刘延鑫 ，王旱祥 ，侯乃贺 ，何 3 4 建 ，郭建伟
（ 1 中国石油大学机电工程学院·华东 2 中石化石油工程技术研究院 3 宝鸡石油机械有限公司广汉钻采设备厂 4 西南油气田公司输气管理处）
（ 11 ）
（ 12 ） （ 13 ）
由材料力学理论可知， 对管柱按第四强度理论 进行校核。 σ= 1 ［ （ σ ff － σ r ） 2 + （ σ ff － σ θ ） 2 + （ σ r － σ θ ） 2］ ≤［ σ］ 2 （ 14 ）
槡
三、软件实现和现场应用
根据以上分析， 采用 Visual － Basic 语言编写了 其结构图如图 2 。 深井试油管柱力学分析软件， 运用软件， 对某油田试油管柱进行了强度校核 ， 并进行了酸压注入参数优化分析 。该井为某油田开 拟 对 该 井 实 施 酸 压， 具 体 为： 发的 一 口 风 险 探 井， 89mm × 6． 45mmP110 （ 防硫 ） × 3000m + 89mm × 6． 45mmP110 × 1360m + 178mmRTTS 封 隔 器 （ 封 位≈4360 m） + 73mm × 5． 51mmN80 油管 × 150m。