完井管柱受力
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F4= (Ap-Ai)ΔPi - (Ap -Ao)Δpo 活塞效应产生的长度变化的计算
ΔL4=(-L/EAS)* （Ap－Ai）Δpi－（Ap－Ao）Δpo 其中，F4------活塞效应产生的力，lb；L------深度，in；
ΔL4------活塞效应产生的长度变化，in； Ap------封隔器内径的面积，in2； As------油管截面积， in2； Ai------油管内径面积， in2； Ao------油管外径面积， in2； ΔPi------封隔器处油管压力的变化值，Psi； ΔPo------封隔器处环空压力的变化值，Psi； E------弹性模量，钢为3×107， Psi；
F1=F"/2 4.完井管柱因轴向拉力而引起的伸长
ΔL1=12FL/（E*AS）
油管
工wenku.baidu.com筒
F1
头
引鞋
重力效应管柱图
重力效应力学图
温度效应(一）
基本条件
完井管柱的平均温度发生改变而引起长度或 受力的变化，与压力变化无关。
安全阀 油管
插入密封 封隔器
δt
δt
F2 a. 平均温度升高
F2 b. 平均温度降低
汇报提纲
一、完井管柱在井内的几种效应分析 二、不同完井方式时完井管柱的受力分析
一、完井管柱在井内的几种效应分析
•重力效应 •温度效应 •鼓胀效应(反鼓胀效应) •活塞效应 •弯曲效应 •摩阻效应
重力效应
1.完井管柱在空气中的重量:F＇=L g 2.完井管柱在井内的重力:F"=F－F浮 3.完井管柱在井内因重力而产生的平均轴向拉
单管单封隔器式
这种完井方式应用于有自喷能力的井， 封隔器一般为上提解封的可取式封隔器。 这种完井方式除受自重伸长和温度效应 外，在坐封封隔器时还会受到鼓胀效应 使油管缩短。
示例计算
(1) 自重产生的伸长 △L1= 20.7in
（2）温度效应的伸长 △L2= 20.9in
(3) 鼓胀效应 ΔL3= － {(2×1770×3.281×12×0.3)÷3×107}×{[2500 － 0] ÷ [(3.5÷2.992)2－1]}
温度效应在注水（酸）管柱中的应用 L=TL tubingC
这里只考虑注(酸)水时温度的影响,不考虑气球效应及自重的影响,且把 油管封隔处看作自由端。
T=（T井底流动+T井口测量）/2； C——热膨胀系数，6.910-6。
鼓胀效应与反鼓胀效应
鼓胀效应是油管内压力增加使油管膨胀或变成 球形状态，这种趋势将使油管缩短或产生轴向压 力。反鼓胀效应是环空压力增加使油管外径变小， 这种趋势将油管伸长或产生轴向拉力。鼓胀效应 产生的基本条件是油管内或环空中平均压力发生 改变而引起长度或轴向力的变化。
(1) 自重产生的伸长
△L1= F1×L×Sc =22998.15×1770×3.28×0.1544×10-6
= 20.7in
（2）温度效应的伸长
△L2= L×B×△t = 1770×3.281×12×6.9×10-6×43.5
= 20.9in
(3)综合效应
△L=△L1+△L2=20.7+20.9=41.6 in
参考文献
1.《中国海洋油气田开发图集》上册，中国海 洋石油总公司。
2.《海上油气田完井手册》第七章。 3.《PAKER CALCULATION HANDBOOK》 BAKER 。 4．《油藏动态分析报告》油藏部动态室。
谢谢
单管自由端式
这种完井方式比较简单，常见的是电 泵生产管柱。这种管柱主要受两种效应的 力：自重力和温度效应。
例 :SZ36-1A7 井 油 层 温 度 65℃ （ 139F ） ， 压 力 14MPa ， 3 1/2in, 13.85kg/m(9.3lb/ft)油管下入深度1770米，生产套 管为9 5/8in, 47lb/ft，完井液密度1.1，作业时现场气温600F， 年平均温度680F，那么油管下井后长度变化多少？
L------深度，in; B------热膨胀系数，6.9×10-6 in /in / 0F ;
温度效应(二）
注水井或进行酸化压裂等增产作业时，由于将温度较低 的液体注入井内，油管是冷缩状态。所以对于不同的完井方 式必须计算出生产、注水（酸）或增产作业时的温度效应， 才能保证完井管柱的正确安装。
高 δ
压 F3
δ F3
a. 鼓胀效应图
b. 反鼓胀效应图
计算方法
鼓胀效应产生的轴向力及长度变化计算方法 F3=－0.6×(ΔPiaAi－ΔPoaAo)
ΔL3=（-2L*γ）*（（ΔP ia- R2ΔP oa)/(R2-1))
其中，ΔPia------油管平均压力的变化，Psi； Ai------油管内径面积，in2； ΔPoa------环空平均压力的变化，Psi； Ao------油管外径面积， in2； ΔL3------鼓胀效应长度的变化，in； L------深度，in； γ------泊松比，钢为0.3； E------弹性模量，钢为3×107 Psi； R------油管外径与内径之比。
示例计算
(1).自重伸长和温度效应的伸长同上
伸长量=20.7+20.9=41.6in
(2).鼓胀效应
F3=－0.6×(ΔPiaAi－ΔPoaAo) =-0.6×(500×2.7462×л－0)
=-1799lb
(3）活塞效应
F4=ΔP×ΔA=-1000×30.9in2=-30900lb (4）综合效应
=－9.25in(-0.33m) （4）综合效应
△L=△L1+△L2+△L3=20.7+20.9-9.25=32.35 in
单管插入式
这种完井方式比较常见，封隔器一般都为永久 式。由于插入密封处的内径与油管内径不同，因 此因面积差而会产生活塞效应。然而这种方式完 井作业一般是先坐封封隔器，再释放插入密封总 成，或座好封隔器后再回插。因而在正常生产后 就有活塞效应，鼓胀效应、温度效应，如果油管 内压力内压力变化较大也会产生压力弯曲效应。
F=22998.15
lb+23321.66lb-1799lb-
30900lb=13620.8lb
双管或多管完井方式
双管或多管完井时油管与封隔器的连 接与单管完井一样，有螺纹直接连接的， 也有锚定式或插入式的。因此其管柱的 受力是分开进行分析的，不论采用何种 形式连接，其受力种类也是上述的几种 效应。
完井管柱入井就有摩阻效应产生。 完井管柱在井内的摩擦力与许多因素有关， 如井斜、井眼轨迹、套管、油管尺寸等。
汇报提纲
一、完井管柱在井内的几种效应分析 二、不同完井方式时完井管柱的受力分析
二、不同完井方式时完井管柱的受力分析
•单管自由端式 •单管单封隔器式 •单管插入式 •单管锚定式 •单管重力坐封式 •双管或多管完井方式
温度效应管柱图
温度效应力学图
计算方法
热膨胀力的计算 F2= 207As×Δt = 207×As×(t2-t1)
温度效应长度变化的计算
ΔL2 = L×B×Δt
其中，As------油管截面积，in2; Δt------平均温度的变化值, 0F; t2------井内油管的平均温度,0F; t2=(井底温度+井口平均温度)/2; t1------作业现场温度或油管丈量时的气温,0F;
示例计算
(1) 自重产生的伸长 △L1= 20.7in (2) 鼓胀效应
△L3=－9.25in(-0.23m)
（3）温度效应 F2= 207×As×Δt = 207×2.59×35= 18764.6 lb ΔL2= L×B×Δt= 1770×3.281×12×6.9×10-6×35 = 16.83in≈0.427 m
活塞效应
活塞效应产生的基本条件是由于完井管 柱中存在面积差, 当油管或环空压力改变 时便产生向上、向下的轴向力或产生油管 的上下移动。海上油气井井底通常均下有 封隔器，当封隔器坐封后封隔油套环空时， 有一个受力面积差，便产生活塞效应的条
件。
δ
δ
F4
F4
活塞效应力学图
计算方法
活塞效应产生的力的计算
（4）活塞效应 ΔL4 = －2.7in
(5)综合效应 总伸长=ΔL1＋ΔL2＋ΔL3＋ΔL4 =25.58 in≈0.65米
单管锚定式
这种完井方式也是比较多用的，封隔器为永久 式，油管与封隔器靠锚定连接，需修井时只要反 转倒开锚定便可起出油管。一般锚定的内径比油 管内径大，因此在生产时也可产生活塞效应。也 就是说这种完井方式除受自重伸长、温度伸长、 鼓胀缩短效应之外，还受活塞效应。
示例计算
(1).重力伸长、温度效应、鼓胀效应的计算同 单管封隔器式:
油管伸长32.35in。 (2)活塞效应的计算同单管插入式，即 F4= －2529.04 lb ΔL4=－2.3in (3).综合效应
ΔL=32.35-2.3=30.05in。
单管重力坐封式
这种完井方式一般应用于TCP负压射孔 中，封隔器是靠地面旋转加压而坐封的， 这种完井方式主要受自重伸长、温度伸长、 鼓胀和压力弯曲缩短等作用。
弯曲效应
弯曲效应产生的基本条件：
1.油管内压力的改变大于环空，即形成压力弯曲； 2.完井时对底部加压造成底部油管弯曲。
弯曲效应的分类：
1.压力弯曲 2.油管加压弯曲
F5 δ
弯曲效应力学图
弯曲效应计算方法
L5
r2AP2(P i P O)2 8E(IW S W i W O)
完井管柱在井内的摩阻效应
ΔL4=(-L/EAS)* （Ap－Ai）Δpi－（Ap－Ao）Δpo 其中，F4------活塞效应产生的力，lb；L------深度，in；
ΔL4------活塞效应产生的长度变化，in； Ap------封隔器内径的面积，in2； As------油管截面积， in2； Ai------油管内径面积， in2； Ao------油管外径面积， in2； ΔPi------封隔器处油管压力的变化值，Psi； ΔPo------封隔器处环空压力的变化值，Psi； E------弹性模量，钢为3×107， Psi；
F1=F"/2 4.完井管柱因轴向拉力而引起的伸长
ΔL1=12FL/（E*AS）
油管
工wenku.baidu.com筒
F1
头
引鞋
重力效应管柱图
重力效应力学图
温度效应(一）
基本条件
完井管柱的平均温度发生改变而引起长度或 受力的变化，与压力变化无关。
安全阀 油管
插入密封 封隔器
δt
δt
F2 a. 平均温度升高
F2 b. 平均温度降低
汇报提纲
一、完井管柱在井内的几种效应分析 二、不同完井方式时完井管柱的受力分析
一、完井管柱在井内的几种效应分析
•重力效应 •温度效应 •鼓胀效应(反鼓胀效应) •活塞效应 •弯曲效应 •摩阻效应
重力效应
1.完井管柱在空气中的重量:F＇=L g 2.完井管柱在井内的重力:F"=F－F浮 3.完井管柱在井内因重力而产生的平均轴向拉
单管单封隔器式
这种完井方式应用于有自喷能力的井， 封隔器一般为上提解封的可取式封隔器。 这种完井方式除受自重伸长和温度效应 外，在坐封封隔器时还会受到鼓胀效应 使油管缩短。
示例计算
(1) 自重产生的伸长 △L1= 20.7in
（2）温度效应的伸长 △L2= 20.9in
(3) 鼓胀效应 ΔL3= － {(2×1770×3.281×12×0.3)÷3×107}×{[2500 － 0] ÷ [(3.5÷2.992)2－1]}
温度效应在注水（酸）管柱中的应用 L=TL tubingC
这里只考虑注(酸)水时温度的影响,不考虑气球效应及自重的影响,且把 油管封隔处看作自由端。
T=（T井底流动+T井口测量）/2； C——热膨胀系数，6.910-6。
鼓胀效应与反鼓胀效应
鼓胀效应是油管内压力增加使油管膨胀或变成 球形状态，这种趋势将使油管缩短或产生轴向压 力。反鼓胀效应是环空压力增加使油管外径变小， 这种趋势将油管伸长或产生轴向拉力。鼓胀效应 产生的基本条件是油管内或环空中平均压力发生 改变而引起长度或轴向力的变化。
(1) 自重产生的伸长
△L1= F1×L×Sc =22998.15×1770×3.28×0.1544×10-6
= 20.7in
（2）温度效应的伸长
△L2= L×B×△t = 1770×3.281×12×6.9×10-6×43.5
= 20.9in
(3)综合效应
△L=△L1+△L2=20.7+20.9=41.6 in
参考文献
1.《中国海洋油气田开发图集》上册，中国海 洋石油总公司。
2.《海上油气田完井手册》第七章。 3.《PAKER CALCULATION HANDBOOK》 BAKER 。 4．《油藏动态分析报告》油藏部动态室。
谢谢
单管自由端式
这种完井方式比较简单，常见的是电 泵生产管柱。这种管柱主要受两种效应的 力：自重力和温度效应。
例 :SZ36-1A7 井 油 层 温 度 65℃ （ 139F ） ， 压 力 14MPa ， 3 1/2in, 13.85kg/m(9.3lb/ft)油管下入深度1770米，生产套 管为9 5/8in, 47lb/ft，完井液密度1.1，作业时现场气温600F， 年平均温度680F，那么油管下井后长度变化多少？
L------深度，in; B------热膨胀系数，6.9×10-6 in /in / 0F ;
温度效应(二）
注水井或进行酸化压裂等增产作业时，由于将温度较低 的液体注入井内，油管是冷缩状态。所以对于不同的完井方 式必须计算出生产、注水（酸）或增产作业时的温度效应， 才能保证完井管柱的正确安装。
高 δ
压 F3
δ F3
a. 鼓胀效应图
b. 反鼓胀效应图
计算方法
鼓胀效应产生的轴向力及长度变化计算方法 F3=－0.6×(ΔPiaAi－ΔPoaAo)
ΔL3=（-2L*γ）*（（ΔP ia- R2ΔP oa)/(R2-1))
其中，ΔPia------油管平均压力的变化，Psi； Ai------油管内径面积，in2； ΔPoa------环空平均压力的变化，Psi； Ao------油管外径面积， in2； ΔL3------鼓胀效应长度的变化，in； L------深度，in； γ------泊松比，钢为0.3； E------弹性模量，钢为3×107 Psi； R------油管外径与内径之比。
示例计算
(1).自重伸长和温度效应的伸长同上
伸长量=20.7+20.9=41.6in
(2).鼓胀效应
F3=－0.6×(ΔPiaAi－ΔPoaAo) =-0.6×(500×2.7462×л－0)
=-1799lb
(3）活塞效应
F4=ΔP×ΔA=-1000×30.9in2=-30900lb (4）综合效应
=－9.25in(-0.33m) （4）综合效应
△L=△L1+△L2+△L3=20.7+20.9-9.25=32.35 in
单管插入式
这种完井方式比较常见，封隔器一般都为永久 式。由于插入密封处的内径与油管内径不同，因 此因面积差而会产生活塞效应。然而这种方式完 井作业一般是先坐封封隔器，再释放插入密封总 成，或座好封隔器后再回插。因而在正常生产后 就有活塞效应，鼓胀效应、温度效应，如果油管 内压力内压力变化较大也会产生压力弯曲效应。
F=22998.15
lb+23321.66lb-1799lb-
30900lb=13620.8lb
双管或多管完井方式
双管或多管完井时油管与封隔器的连 接与单管完井一样，有螺纹直接连接的， 也有锚定式或插入式的。因此其管柱的 受力是分开进行分析的，不论采用何种 形式连接，其受力种类也是上述的几种 效应。
完井管柱入井就有摩阻效应产生。 完井管柱在井内的摩擦力与许多因素有关， 如井斜、井眼轨迹、套管、油管尺寸等。
汇报提纲
一、完井管柱在井内的几种效应分析 二、不同完井方式时完井管柱的受力分析
二、不同完井方式时完井管柱的受力分析
•单管自由端式 •单管单封隔器式 •单管插入式 •单管锚定式 •单管重力坐封式 •双管或多管完井方式
温度效应管柱图
温度效应力学图
计算方法
热膨胀力的计算 F2= 207As×Δt = 207×As×(t2-t1)
温度效应长度变化的计算
ΔL2 = L×B×Δt
其中，As------油管截面积，in2; Δt------平均温度的变化值, 0F; t2------井内油管的平均温度,0F; t2=(井底温度+井口平均温度)/2; t1------作业现场温度或油管丈量时的气温,0F;
示例计算
(1) 自重产生的伸长 △L1= 20.7in (2) 鼓胀效应
△L3=－9.25in(-0.23m)
（3）温度效应 F2= 207×As×Δt = 207×2.59×35= 18764.6 lb ΔL2= L×B×Δt= 1770×3.281×12×6.9×10-6×35 = 16.83in≈0.427 m
活塞效应
活塞效应产生的基本条件是由于完井管 柱中存在面积差, 当油管或环空压力改变 时便产生向上、向下的轴向力或产生油管 的上下移动。海上油气井井底通常均下有 封隔器，当封隔器坐封后封隔油套环空时， 有一个受力面积差，便产生活塞效应的条
件。
δ
δ
F4
F4
活塞效应力学图
计算方法
活塞效应产生的力的计算
（4）活塞效应 ΔL4 = －2.7in
(5)综合效应 总伸长=ΔL1＋ΔL2＋ΔL3＋ΔL4 =25.58 in≈0.65米
单管锚定式
这种完井方式也是比较多用的，封隔器为永久 式，油管与封隔器靠锚定连接，需修井时只要反 转倒开锚定便可起出油管。一般锚定的内径比油 管内径大，因此在生产时也可产生活塞效应。也 就是说这种完井方式除受自重伸长、温度伸长、 鼓胀缩短效应之外，还受活塞效应。
示例计算
(1).重力伸长、温度效应、鼓胀效应的计算同 单管封隔器式:
油管伸长32.35in。 (2)活塞效应的计算同单管插入式，即 F4= －2529.04 lb ΔL4=－2.3in (3).综合效应
ΔL=32.35-2.3=30.05in。
单管重力坐封式
这种完井方式一般应用于TCP负压射孔 中，封隔器是靠地面旋转加压而坐封的， 这种完井方式主要受自重伸长、温度伸长、 鼓胀和压力弯曲缩短等作用。
弯曲效应
弯曲效应产生的基本条件：
1.油管内压力的改变大于环空，即形成压力弯曲； 2.完井时对底部加压造成底部油管弯曲。
弯曲效应的分类：
1.压力弯曲 2.油管加压弯曲
F5 δ
弯曲效应力学图
弯曲效应计算方法
L5
r2AP2(P i P O)2 8E(IW S W i W O)
完井管柱在井内的摩阻效应