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高产气井完井管柱力学分析(最终版) 高产气井完井管柱力学分析(最终版)

格式:word 上传:2022-06-25 15:14:35

《高产气井完井管柱力学分析(最终版)》修改意见稿

1、“.....张永贵,侯绪田钻柱纵向和扭转振动分析明工程力学梁政,邓雄,余孝林高温高压深井测试管柱横向振动分析阴油气井测试,韩春杰,阎铁,毕雪亮深井钻柱振动规律的分析及应用天然气工业韩春杰,阎铁大位移井钻柱振动规律研究与应用天然气工业李军强井下温度对钻柱轴向振动固有频率的影响分析石油钻探技术李军强,史楠楠深井高温对钻柱横向振动固有频率影响研究阴石油机械韩春杰,阎铁,毕雪亮斜井眼内钻柱轴向振动的有限元分析石油钻探技术刘鸿文材料力学北京高等教育出版社,意见建议正文用倍行间距参考文献的英文用字体每章的标题字体大小要统公式能否用公式编译器编辑,不用图片格式可以删除些公式把多余的空格去掉处油管外部流体压力封隔器处油管内部流体压力。管柱下端受到的活塞力为式中油管外径包围的面积油管外径包围的面积封隔器密封腔包围的面积......”

2、“.....根据胡克定律,活塞力引起的变形缩短为正,伸长为负为坐封前管柱下端面活塞力引起的变形井内油管的长度油管的弹性模量油管的横截面积。自重引起的变形自重作用下管柱轴向任点处轴向力为式中管柱单位长度重量管柱微段长度。则在管柱在点处的变形为把公式代入公式中得整个管柱自重引起的轴向变形温度变形根据封隔器坐封作业过程可知,坐封前后温度未发生变化,管柱温度变形为高产气井完井管柱力学分析鼓胀变形坐封前管内关外压力相等,因此由第二章关于鼓胀效应变形可知鼓胀变形坐封前管柱总变形量坐封前管柱总变形量为自重变形活塞力变形以及鼓胀变形的代数和。坐封后的变形投球打压后,管柱内压升高,管柱因鼓胀效应缩短产生的附加力全部由封隔器来承担,坐封前自重使管柱产生伸长的变形,而坐封后鼓胀效应使管柱产生缩短的变形。此时管柱由井口和封隔器两端固定......”

3、“.....鼓胀效应产生关注的变形坐封后,管内压力为封隔器最大启动压力,根据第二章鼓胀效应产生的变形可知坐封后管柱的鼓胀变形为坐封后管柱的总变形由于封隔器采用投球打压坐封,因此还应考虑投球后压力升高对球座产生的轴向力,其变形可表示为其中球座下深封隔器最大启动压力球座处管柱内径。坐封后管柱的总变形坐封后管柱的总变形为坐封前变形与鼓胀效应产生的变形的叠加高产气井完井管柱力学分析第四章封隔器与套管相互作用力分析根据以上分析我们已经知道完井封隔器的坐封原理。卡瓦和水力锚能否正常工作直接影响到封隔器的坐封效果。如果卡瓦对套管施加的压力,过大会挤毁套管,过小则不能把住管柱导致封隔器失封。现场作业中,曾出现过封隔器挤毁套管封隔器上窜水力锚锚爪断裂等原因造成封隔器失封事故。因此,很有必要分析封隔器与套管的相互作用和水力锚锚爪强度......”

4、“.....由于作用在封隔器卡瓦上的轴向载荷过大,或由于卡瓦的设计参数的不合理,致使些油井的套管产生变形,甚至少数套管被卡瓦挤毁。为此,应用材料力学理论导出了封隔器卡瓦在井下锚定后的锚定套管段内部的周向应力的计算公式。这个周向应力在锚定的套管段内部的分布是极不均匀的。根据这个周向应力的计算公式得出了防止卡瓦挤毁套管的许用轴向载荷的计算公式和确定卡瓦的合理的设计参数的计算公式。卡瓦受力状态分析如图,封隔器的卡瓦在井下套管内壁锚定后,片卡瓦的受力平衡条件应满足以下两个方程式由以上两式得式中,为作用在封隔器卡瓦上的轴向载荷为每片卡瓦所承受的轴向载荷为每片卡瓦与套管内壁接触的径向载荷为摩擦角为卡瓦的倾斜角为作用于片卡瓦上分压载荷为卡瓦片数。高产气井完井管柱力学分析图卡瓦受力示意图如图,假设,是通过卡瓦沿径向均匀分布在套管内壁上,则楔形卡瓦与套管接触的均布径向载荷与,的关系为式中......”

5、“.....。图卡瓦受力径向分布图卡瓦锚定后卡瓦段套管应力分布公式推导的假设条件套管受力破坏的最恶劣条件是套管外水泥串槽。因此,假设套管外无水泥环。卡瓦作用在套管内壁上的径向载荷是均匀分布的。卡瓦挤压套管内壁时,在套管内所产生的应力只存在于被锚定的那段长度为,的套管内部。以片卡瓦的卡瓦式封隔器为例来进行分析。取出套管段的圆环来进行分析套管段圆环上的周向应力口如图。被去掉的套管段的圆环用周向内力和弯矩。来平衡。按照超静定系统原理求解。高产气井完井管柱力学分析图套管受力分布图在和及的共同作用下,可得范围内的套管段圆环上任意断面的弯矩方程式。当在之间时,有当在之间时,有其中当卡瓦数为任意数值时,仍按照超静定系统原理推导出套管段圆环上任意断面的弯矩方程式。当在之间时,有当在之间时......”

6、“.....假设作用在封隔器卡瓦上的釉向载荷套管规范,即套管外壁直径套管壁厚。按照公式对种封隔器表用计算机绘制出的高产气井完井管柱力学分析分布在套管段圆环上不同角度的外壁周向应力分布曲线和不同角度的内壁周向应力分布曲线见图。图套管内外壁周向应力分布曲线从图知,内壁周向应力的最大值在的内壁上,外壁周向应力的最大值在的外壁上。因此,从图的周向应力分布曲线得出的内壁上或在的外壁上是管强度计算的危险点。假设作用在封隔器卡瓦上的轴向载荷套管规范,即套管外壁直径套管壁厚按照式用计算机在不同门值的状态下,进行绘制出的最大的外壁周向应力与最大的内壁周向应力随卡瓦牙齿外径面的半角罗变化的分布曲线图。图是在的外壁周向应力分布曲线,内壁与外壁同理。随着门值增大......”

7、“.....套管外壁内壁环向应力减小。由此可合理的选择封隔器参数。图时与关系图从图知,值越大,点上的周向应力越小。因此,设计封隔器时应尽可能的采用较大的刀值。当增大,则外壁上与内壁上的周向应力均下降。当∥增大到卡瓦牙齿面全部接触周套管内壁时,不论刀为何值周向应力就下降到同个最小值。这种状况的封隔器是无法设计出来的。卡瓦式封隔器在井下坐封后,卡瓦与套管内壁上锚定住时那段套管圆环上还存在着轴向应力盯,可以近似为高产气井完井管柱力学分析卡瓦作用下卡瓦段套管强度分析将以上的应力公式代入第三强度理论,就得出卡瓦式封隔器坐封时,套管所允许承受的最大坐封载荷式中,为套管钢材的屈服极限。由式计算出的套管抗挤毁所承受的最大坐封载荷是非常保守的。它是在假设套管外水泥窜槽,套管内外无流体压力的状态下只有机械轴向载荷情况下推导出来的。实际上在套管外是有地层的挤压力......”

8、“.....地层的挤压力所引起的最大周向应力为其中,为地层构造所引起的地层张力或挤压力。确定值是个非常复杂的问题。在钻井过程中,为了防止由于地层构造所引起的地层挤压力而造成井壁坍塌,通常采用泥浆的液柱压力来进行平衡。泥浆柱在井底所造成的液柱压力式中,为泥浆柱压力为泥浆密度为封隔器下井深度。按照厚壁圆筒理论的应力公式径向应力式中,为是封隔器下井深度处井底流动压力。根据第四强度理论得出的强度理论计算公式高产气井完井管柱力学分析将式与式所得出盯口进行叠加,得出新的并代人式,再将式的,与式的,代入式。就可以得出封隔器在井下锚定后,套管所允许承受的轴向载荷的较精确计算公式。防止卡瓦式封隔器的卡瓦挤毁套管的关键问题是如何提高卡瓦式封隔器坐封后套管的许用坐封载荷。影响值的因素是套管材料尺寸等参数。由于油气井的套管早已完井,所以套管各参数是不可改变的参数。因此......”

9、“.....增大卡瓦楔角口和卡瓦牙齿面长度可以降低套管应力值。当卡瓦的厚度为常数时,和是不能同时增大的,当口增大,则是必然减小的。若,增大,则必然要减小的。当时卡瓦在套管内就会自锁。增大值,可以降低应力值。当时,卡瓦的摩擦系数就可能达到临界值了,卡瓦式封隔器就不能在井下锚定了。般卡瓦楔角选择为,较为合适。在值确定之后,应尽可能的增大卡瓦牙齿面长度值。增加卡瓦数值,既能降低应力。因此增加卡瓦数值是提高的首先途径。由于受套管内径其中要满足位移边界条件,如果这种边界存在。上式取驻值时,阶变分等于零。由此得到对经过变分可得如下微分方程对式无因次化,即其中式的解为其中假设管柱两端边界为简支,由边界条件可知,要有非零解,其系数行列式必须等于零,由此得由式,有,从而的下列频率方程高产气井完井管柱力学分析,从上式得出将式代入上式,解出固有频率为由于......”

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