完井管柱的四种受力状态
第7章 完井管柱
第一节 完井管柱
对于开采高粘度、高含砂和含气量较大的原油时，同其它采 油方式相比 螺杆泵具有灵活可靠 抗磨蚀及容积效率高等特 油方式相比，螺杆泵具有灵活可靠、抗磨蚀及容积效率高等特 点。
液压驱动螺杆泵
调速方式
机械无级调速 固定转速 变频无级调速 连续抽油杆
螺杆泵
地面驱动 抽油杆传动 螺杆泵
抽油杆类型 普通抽油杆 空心抽油杆
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地面控制部分 井下机组部分
变压器 控制屏 接线盒 泄油阀 单流阀 多级离心泵 分离器 保护器 潜油电机
电潜泵采油系统示意图
电潜泵供电流程：地面电源 变压器控制屏潜油电 缆潜油电机。 电潜泵抽油工作流程：分离 器多级离心泵单流阀 泄油阀井口 井 出油干线。 出油 线
潜油电缆 电力传 输部分
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第一节 完井管柱
适 应 条 件
油层深度与排量范围大； 含蜡； 稠油； 井斜 井斜。
主要缺点：
(1) 机组结构复杂，加工精度要求高； (2) 地面流程大，投资高（规模效益）；
12
第一节 完井管柱
分类：
(1) 按系统井数分类
单井流程系统； 多井集中泵站系统； 大型集中泵站系统。
(2) 按动力液循环分类
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第一节 完井管柱
主要优点
(1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大; (2) ( ) 由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高凝油、稠油、高 于可利用动力液的热力及化学特性 用于高凝油 稠油 高 含蜡油井; (3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。
主要缺点
(1) 泵内存在严重的湍流和摩擦 泵内存在严重的湍流和摩擦，系统效率相对较低（一般为 系统效率相对较低（ 般为15％～ ％ 20 ％，最高不超过33％）； (2) 在一定条件下泵会出现气穴作用 在一定条件下泵会出现气穴作用。为避免气穴作用，要求吸入压力 为避免气穴作用 要求吸入压力 高； (3) ( ) 对回压的任意变化都很敏感 ； (4) 地面需要高压泵站，要使其长期稳定运转，技术上尚有较大困难。 25
石油工程管柱力学课程设计
石油工程管柱力学课程设计1. 管柱力学基础管柱力学是石油工程中不可或缺的一部分，它主要研究油井钻探和完井过程中涉及到的钻杆、液压缸、连接器、钻头等部件在承受外力作用时的应力、变形及破坏规律。
针对不同的井口工艺和操作要求，可以通过合理的管柱设计，来保障井口操作的顺利进行。
在管柱设计中，需要关注的主要参数有钢管壁厚、钢管外径、管长、管材质量等。
此外，还需对井底温度、井深、地层的物理力学性质等因素进行综合分析，以确保管柱的安全性与可靠性。
通常情况下，管柱的强度应该比作用力的强度要大，以保证管柱在工作时不会被破坏。
2. 管柱力学的综合应用在实际油田开发过程中，除了对单根管柱的分析研究之外，还需要考虑不同管柱连接方式之间的协调性和共同作用效果。
常见的管柱连接方式包括非扭转型（NC）与扭转型（TC）两种，其中扭转型联接更适用于坚硬的井下环境中。
另外，在深井钻探中，气阻效应也会对管柱的使用产生影响。
漏失控制也是需要关注的一个因素。
管柱在钻探过程中可能会出现事故，比如突发涌流和炸孔等，都会影响到工程的稳定进行。
因此，在管柱设计中，也需要考虑在控制漏失的前提下如何维持作业效率。
3. 钻杆选择与设计钻杆是立管钻井过程中的核心设备之一，它对钻井效率和作业质量的影响极大。
在钻杆的选择中，需要考虑地质条件、钻井设备的特点、工程目标等因素。
杆子的外形和长度、螺旋方向、杆组与组间的连接方式都是重要影响因素。
另外，钻杆的设计需要考虑其材料与热翘曲特性，以保证钻杆在挖掘过程中的稳定性和安全性。
钢管的选择也需要根据不同条件考虑，比如高强度钢、高温钢和非钢材等。
4. 工程实践在石油工程实践中，钻井作业中的管柱安全性与可靠性，是每个现场掘进工程师都需关注的重点问题。
从杆组的选择和设计到现场杆组的测量和监控，都需要严格遵守工艺标准，保证现场工作的顺利进行。
结合工程实际案例，设计出合理的管柱方案是至关重要的。
通过对工程数据的综合分析和应用管柱力学理论，可以更好地掌握现场钻掘过程中的动态变化，从而及时调整管柱设计和作业流程，保障钻掘作业的顺利进行。
完井管柱载荷和强度分析
：
Ｆ ｚ ＋Ｆ ｏ
（ ９ ） ２ 应 力 分来自析 ２ ． １ 轴 向应力分析。轴 向应力为
情况 ， 以便于项 目能够顺利进行 ， 可以建立进度情况表如表 １ 。
结束 语
开 发 与创 新 ， ２ ０ １ ０ ， ２ ３ （ ６ ） ： １ ７ ７ — １ ７ ８ ． ［ ２ 】 贾朱红 ， 张晓冬． 基于 Ｉ ２ Ｃ总线的单主 多从 单片机之 间的通信 ［ Ｊ ］ ． 经过 实践 ， 采 用 了新 的教学方 法之后 ， 改变 了学生 理论课被 动 单片机 开发 与应 用， ２ ０ ０ ９ ， ２ ５ （ ３ — ２ ） ： １ ０ １ — １ ０ ２ ．
计 井下施工 时， 必须对 管柱进行严格的强度 分析和载荷校正 。 关键词 ： 完井管柱 ； 强度 分析 ； 安全性
１ 载 荷 分 析
’
１ ． １ 稳定力 的计算 。关于稳定力 的定义为 ：
Ｆ ｏ＝ Ｐｏ
一
一
（ １ ０ ）
以
４
（ １ ）
式中 Ｐ 广 管柱 内部压力 ， Ｐ ａ ； Ｐ 管柱外部压力 ， Ｐ ａ ； 式中 Ｆ 一实际轴 向载荷 ， 包括真实载荷和附加轴向载荷 ， Ｎ； Ａ 『 ＿ 管柱外径横截面积 ， ｍ ； Ａ ｒ 管柱内径横截 面积 ， ｍ Ａ 一管柱横截面积 ， ｍｚ 。 １ ． ２真实轴力 的计算。真实轴力 Ｆ Ｚ 包括管柱活塞力 ， 温度变形 ， ２ ． ２周向应力 和径 向应力分析 。管柱的周 向和径 向应力的计算 ， 坐封力和流体摩阻引起 的轴 向载荷 。 通过拉美公式得 ：
学 习的状态 ， 提高了理论助 推实践 、 实践巩 固理论的效果 ； 改变了学 【 ３ 】 王 先彪 ． 单 片机 应用 系统设 计与 实现［ Ｍ 】 ． 北京 ： 清华 大学 出版社 ， ０ １ ４： ６ ６ ． 生验 证实验 的状态 ， 激发 了学 生的学习主动性 和热情 ； 改变 了学 校 ２ 教学 和企业需要联系松散的状态 ， 提升了知识 转化 为能 力的效率 。 ［ ４ ］ 史洁 ， 田云． 单 片机 原理及 应 用【 Ｍ】 ． 北京 ： 清华 大学出版社 ， ２ ０ １ ２ ：
完井管柱受力分析课件
根据B区的地质资料和生产数据，对完井管柱进行受力分析。分析方法与A区相同，考虑轴向力、径向力和弯曲力的 作用，并计算各力的数值。
优化设计
根据受力分析结果，对油田B区完井管柱进行优化设计。针对B区的地质条件和生产条件，选择适合的管 柱材料、直径和壁厚，以及合适的连接方式。同时考虑油井的后期维护和修井作业，对管柱设计进行细 致的优化。
背景介绍
油田A区完井管柱的受力情况是完井工程设计的重要依据，通过对管柱受力分析，可以优 化管柱设计，提高油井产能和延长油井寿命。
受力分析
油田A区完井管柱主要受到轴向力、径向力和弯曲力的作用。轴向力主要由井液压力和管 柱自重产生，径向力主要由井壁摩擦产生，弯曲力主要由管柱与井口装置的碰撞产生。通 过对这些力的计算和分析，可以确定管柱的稳定性、安全性和可靠性。
完井管柱通常由多根不同规格、材质 的管材组成，如油管、套管、尾管等 ，根据设计要求，通过螺纹连接或焊 接等方式组合而成。
完井管柱的作用
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封闭井口，防止油气泄漏和地 面污染。
实现油气开采、油水分离，提 高采收率。
支撑井壁，保持井筒稳定。
承受地层压力和外部载荷，保 证安全生产。
完井管柱的组成
完井管柱受力分析课件
目录
• 完井管柱概述 • 完井管柱受力分析基础 • 完井管柱静态受力分析 • 完井管柱动态受力分析 • 完井管柱受力的数值模拟方法 • 完井管柱设计及优化 • 完井管柱受力分析实例
01
完井管柱概述
完井管柱的定义
完井管柱是指油田开发过程中，在钻 井工程完成后，用于封闭井口、实现 油气开采、油水分离等功能的管柱。
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完井管柱受力的数值 模拟方法
水平井修井管柱与油层套管受力分析
得 以 再 次 恢 复 自 由直 度 ．抗 弯 曲时 作 用 在 油 层 套 管 表 面 上 的 正 压 力 水 平 井 钻 井 双 增 剖 面 的井 身 结 构 有 直 井 段 一 斜 段 一 斜 段 一 增 稳 增 ‘ △Ｎ’ 随之消失 修井管柱仅在重力作用 下 ． 与油层套 管底部稳定接 斜 段 一 平 井 段 组 成 水 触（ 如例 图一 ： Ｄ点所示 ）但是修井 管柱对油 层套管底部表 面的正压 ．
增剖 面 水平 井钻 井剖 面 ， 对修 井 过 程 中修 井 管 柱 与 油 层 套 管 的 受 力情 况进 行 简要 分析 。
【 关键词 】 双增剖 面地 震技 术； 变曲率单增剖 面； 圆弧单增剖 面
目前 。 胜利油 田水平井钻 井及完井 工艺技术 已经非常成熟 ． 国 是 内水 平井钻井完井 、 投产应用 规模最大 的油 田之一 ． 且为胜 利油 田新 区开发 、 老区挖潜 、 提高采收率 、 保持高产稳产做出 了重大贡献 。 但是 ， 水平井 修井 工艺技术 却严 重滞后 直井及一般斜井 中实施的分层分 在 采、 填砂 、 注灰及 防砂 等修井工 艺技术 ： 用的打捞 、 使 分层及 防砂 等修 井工 具 ．因水平井 的钻井轨迹 及水平段 内重力分散 等特殊性 质的影 响， 无法在水平井 内实施或使用 。尤其是 ： 由于水平 井的特殊钻 井轨 迹 ， 井 管 柱 在 进 行 起 下 、 捞解 卡 及 钻 、 、 等 施 工 时 ， 油 层 套 管 修 打 磨 铣 对 的磨 损 更 是 急 待解 决 技术 难 题 ． ．
曲 ． 在 重 力 及 油 层 套 管 的 斜 度 作 用 下 ． 贴 在 油 层 套 管 底 部 表 面 上 并 紧
完井管柱的四种受力状态
替 ➢ 常温液体进入井筒，管柱受温度效 液 应缩短；
坐 封
➢ ➢
由于低密度替高密度，受活塞效应 影坐响封后浮力消失，管柱重力
得到释放
放 ➢ 井温升高，受温度效应，产生轴向张力； 喷 ➢ 管柱内压力降低，反鼓胀效应，管柱产生
轴向张力 压 ➢ 常温液体进入油管至井底，温度效应管柱 裂 轴向拉伸；
➢ 高泵压产生鼓胀效应，管柱拉伸
完井管柱的受力状态分析
汇报人：宋明哲
2016.7.29
完井管柱四种受力状态
解封力多大？
为什么要用伸
Байду номын сангаас
压裂为什么补
缩管？
重力 套压？
温度效应
鼓胀效应
管柱受力 活塞效应 状态 螺旋弯曲
浮力 效应
油管怎么拉断 了？
套管长个子 了？
完井试油工序中管柱的受力变化
下 管
柱 ➢ 井底温度高，管柱受温度效应伸长
谢谢 请专家和领导批评指正！
钻柱工作状态及受力分析
钻柱工作状态及受力分析一、钻柱的工作状态在钻井过程中，钻柱主要是在起下钻和正常钻进这两种条件下工作。
在起下钻时，整个钻柱被悬挂起来，在自重力的作用下，钻柱处于受拉伸的直线稳定状态。
实际上，井眼并非是完全竖直的，钻柱将随井眼倾斜和弯曲。
在正常钻进时，部分钻柱（主要是钻铤）的重力作为钻压施加在钻头上，使得上部钻柱受拉伸而下部钻柱受压缩。
在钻压小和直井条大钻压，则会出现钻柱的第一次弯曲或更多次弯曲（图1）。
目前，旋转钻井所用钻压一般都超过了常用钻铤的临界压力值，如果不采取措施，下部钻柱将不可避免地发生弯曲。
在转盘钻井中，整个钻柱处于不停旋转的状态，作用在钻柱上的力，除拉力和压力外，还有由于旋转产生的离心力。
离心力的作用有可能加剧下部钻柱的弯曲变形。
钻柱上部的受拉伸部分，由于离心力的作用也可能呈现弯曲状态。
在钻进过程中，通过钻柱将转盘扭矩传送给钻头。
在扭矩的作用下，钻柱不可能呈平面弯曲状态，而是呈空间螺旋形弯曲状态。
根据井下钻柱的实际磨损情况和工作情况来分析，钻柱在井眼内的旋转运动形式可能是自转，钻柱像一根柔性轴，围绕自身轴线旋转；也可能是公转，钻柱像一个刚体，围绕着井眼轴线旋转并沿着井壁滑动；或者是公转与自转的结合及整个钻柱或部分钻柱做无规则的旋转摆动。
从理论上讲，如果钻柱的刚度在各个方向上是均匀一致的，那么钻柱是哪种运动形式取决于外界阻力（如钻井液阻力、井壁摩擦力等）的大小，但总以消耗能量最小的运动形式出现。
因此，一般认为弯曲钻柱旋转的主要形式是自转，但也可能产生公转或两种运动形式的结合，既有自转，也有公转。
在钻柱自转的情况下，离心力的总和等于零，对钻柱弯曲没有影响。
这样，钻柱弯曲就可以简化成不旋转钻柱弯曲的问题。
在井下动力钻井时，钻头破碎岩石的旋转扭矩来自井下动力钻具，其上部钻柱一般是不旋转的，故不存在离心力的作用。
另外，可用水力荷载给钻头加压，这就使得钻柱受力情况变得比较简单。
二、钻柱的受力分析钻柱在井下受到多种荷载（轴向拉力及压力、扭矩、弯曲力矩）作用，在不同的工作状态下，不同部位的钻柱的受力的情况是不同的。
高产气井完井管柱完整性控制技术及应用实例
内 蒙 古 石 油 化 工
高 产 气 井 完 井 管 柱 完整 性 控 制 技 术 及 应 用 实 例
邓 乐
（ｌ 钻 探 公 司 工 程 技 术 处 ， 川 ｉ庆 ｌ 四 ｔ成 都 ６Ｏ５） ５ Ｏ １
摘 要 ： 目前 的管 柱 力学较 系统的 分析 了完井 管柱轴 向屈 曲性能 、 向变形 、 轴 载荷 及 其强 度安 全性 ； 分 析 了完井 投 产 与长期 生 产过 程 中 完井 封 隔器 的 受力 、 密封 及定 位 情况 ； 分析 了特 殊 扣 气 密油 管接 头力
学 性能 ； 分析 了高产 气井 完井 管柱振 动 起 因及振 动规 律 。 以此 为基础 ， 即可分 析 完井 管柱 的 完 整性 ， 析 分
完 井工 艺、 管柱 组合 、 工 参数 对 管柱 强度 及 完 整性 的 影响 ， 施 据此 采取 相 应措 施 ， 到控 制并保 证 管柱 完 达 整性 的 目的 。举 例 介 绍 了该技 术应 用情况 。
首先 应根 据 完井 、 业 、 作 配产及 管 柱强 度要 求 选 择 合适 规 格 （ 径 、 厚 ） 直 壁 的管 材 ， 材 规 格 确 定 后 ， 管 还 要 选 择 合 适 的 管 柱 组 合 。如 ３ ／ （ 管 就 有 ９ １２ 油 ．
５５ ２ ｍｍ、 ． ４ ７ ３ ｍｍ、 ． ５ ６ ４ ｍｍ、 ． ９ ｍ 等 壁 厚 ， 择 ５ ４ｒ ａ 选 多大 的 壁厚 ， 各种 壁 厚下 多深 ， 综合 考虑 ， 算 。 需 计
配伍 性 ， 不会 产 生严 重 的腐 蚀与 冲蚀 ， 此 同时 要兼 与 顾 管 材 经济 性 。如 ＨＰ～１ Ｃ 钢 可 以防二 氧 化碳 与 ３ｒ
中心管 插 入 插 管 ， 绝 油管 内外 ， 加 压 坐 封 ， 封 隔 再 该