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
18
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
11
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
24
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
关于水平井注水管柱的受力分析
关于水平井注水管柱的受力分析作者：张雷来源：《中国新技术新产品》2012年第19期摘要：在石油的开采开发中，水平井开采技术作为开发的最基本和普遍应用的技术，在石油的开采中发挥了重要作用。
而注水是目前油田开采中保持地层能量的主要方式，注水方式是采油实现的稳产、高产的重要措施，，并且随水平井在各油田的普遍应用，水平井注水技术日趋成熟。
本文将从水平井注水工艺、注水管柱的概况来分析注水管柱受力状态的影响因素，通过注水管柱的力学模型和计算方式为实际操作提供技术指导。
关键词：水平井；注水管柱；平衡状态；受力分析中图分类号：TE35 文献标识码：A一、简述水平井注水和注水管柱1 简述水平井注水因为注水井与生产井之间存有径向流，巨压损耗降低采收，而将径向流转变为直线流的方式有垂直向压裂和水平井注采技术，水平井正常注水，管柱所受压力会分散在泄油井端上，界面压力小受到的形变小，降低了含水量的增加速度，油水界面距离增大。
水平井能达到泄油的均匀性使水驱前缘能够向前推进，流速较大。
根据以上特点水平注水在低渗透等地质复杂的油藏中可以提高其油田油层的开发率，提高产量，加速进程。
水平注水可提高水驱波和系数，减小了油层的压力，降低了生产成本。
2简述注水管柱注水管柱的工作原理是利用配水嘴的节流作用来控制不同底层的注水量。
水嘴的大小不同会影响注水的节流损失。
而根据地层的配注量来选择合适的水嘴，具有重要意义。
注水管柱会伴随注水工艺与生产工况的不同而有差别，通常情况下，根据注水管柱的结构特点不同形成多种分类。
根据支撑方式不同，分为底部支撑式、自由悬挂式。
前者难度大于后者，主要因为封隔器的准确度与其管柱的复杂程度有关。
组成管柱的工具结构在一定特点上具有相似性，分为固定注水管柱、偏心注水管柱、空心注水管柱、油套分层注水管柱、双段自调分段注水管柱等。
根据封隔器工作原理不同分为水力压缩式封隔器分段注水工艺管柱、水力扩张式封隔器分段注水工艺管柱、卡瓦式分段注水工艺管柱、支撑式封隔器分层注水工艺管柱。
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
01
02
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04
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。
05
完井管柱受力的数值 模拟方法
完井工程总结
完井工程基本概念完井工程：使井眼与油气储集层联通的工序。
包括从钻开油气层开始，到下生产套管、注水泥固井、射孔、下生产管柱、防砂、排液，直至投产的系统工程。
1.油气藏类型：（1）孔隙型、裂缝型、裂缝-孔隙型、孔隙-裂缝型、洞隙型（2）块状、层状、断块、透镜体（3）常规油藏、稠油油藏、高凝油油藏、天然气藏。
2.储层岩石类型：碎屑岩和碳酸盐岩。
3.孔隙度：是指岩石中空隙体积占岩石的总体积的百分比。
4.渗透率：是指流体在压差的作用下允许流体通过的能力。
5.储层流体充填与岩石的孔隙中，主要包括油、气、水。
6.表层套管：开始下入的最短、最浅的一层套管。
作用（1）在其顶部安装套管头（2）隔离地表浅水层和浅部复杂地层，使浅水层不受钻井液污染、7.中间套管：介于表层套管和生产套管之间的套管。
作用（1）隔离不同地层孔隙压力的层系或易塌易漏等复杂底层。
8.生产套管：钻达目的层后下入的最后一层套管。
作用（1）保护生产层，并给油气从生产层流到地面提供通道。
9.套管柱受力类型：轴向拉力、外挤力、内压力。
10.水泥浆的稠化时间：水泥浆从配制开始到稠度达到100BC所用的时间。
11.水泥浆的凝结时间：水泥浆从液态转变为固态的时间。
12.窜槽：注水泥过程中由于水泥浆不能将环空中的钻井液完全替走而使环空出现未被水泥浆封固的现象。
13.提高顶替效率的措施：（1）使用套管扶正器，改善套管居中条件（2）在注水泥过程中活动套管（3）调整水泥浆性能（4）调节水泥浆在环空中的流速。
14.完井方法：射孔完井、裸眼完井、割缝衬管完井、砾石充填完井、防砂筛管完井、化学防砂完井。
15.裸眼完井包括先期裸眼完井和后期裸眼完井。
16.割缝衬管防砂机理：允许一定大小的随着原油携带至井中的细砂通过，而把较大的砂粒阻挡在衬管的外面。
17.缝口宽度：e<2d18.各种水平井的完井方法的优缺点。
19.完井液的分类：油、气、水基完井液。
目前国内使用最广泛的是水基完井液。
热采水平井裸眼完井技术
2、钻塞过程造成套管串损坏。
——对策：1）制定了钻完井施工技术要求。 （已完成） 2）配套了可旋转扶装置。（正试验）
3、水平井冲砂（含大砾石）困难。 ——对策：配套泡沫冲砂工艺，设计专用工具。（已完成）
续的砂体，这一砂体的作用一是在井壁与筛管之间形成支撑，
避免由于热采造成近井地带环空由于地层坍塌造成渗透率下 降，二是在井壁与筛管之间形成高渗透的档砂屏障，避免生 产式的携砂液流对精密滤砂管的冲击和磨蚀，提高其使用寿 命。
四种完井防砂方式分析
综合评价下来，滤砂管完井泡沫酸洗防砂一体化工艺实施后，
取得油气比升高，投资大幅下降的效果，具有良好的前景。
套管完井挂精密滤砂管完井
套管完井+金属毡滤砂管防砂井第一周期情况统计表
井号 郑411-P2 射 开 厚 203 油压 19.2 温度 357 平均 干度 40 平均 速度 8.8 注汽 量 2187 周期产 油 2241 周期产 水 2549 含水 53.2 采注 比% 2.19 油汽 比% 1.02
完井管柱损坏原因分析
1）管柱下入过程中的受力影响 在相关的文献中，水平井管柱下入过程中，在弯曲段 所受到的力最大。以坨826-平4为例，下入过程中最大套管 应力为85MPa，深度1628米，套管应力明显要低于套管屈服 应力值，可见整个套管在完井过程中是安全的。
套管外壁Mises应力图
完井管柱损坏原因分析
完井方式 应用井数/ 第一周期平 第一周期平 可对比井数 均单井累油 均油汽比 9/9 1378 0.63 完井费用
200米水平段
221万 270万 102万 146万
采油工程设计指南
采油工程设计指南采油工程设计第一节完井工程设计一、完井方法1、油藏工程及采油工程对完井的要求列出各方案的井别及数量：采油井、注水井（或注气井）、水平井、丛式井、多底井、观察井及水源井等。
2、井身结构确定1）套管程序的确定根据原始地层压力和破裂压力剖面、注水压力，确定井身结构层次、下深和水泥面返高。
根据采油工程要求确定完井方式、完钻井眼尺寸及油层套管尺寸。
给出套管程序：（1）表层套管：钢级×外径×壁厚（2）技术套管：钢级×外径×壁厚（3）生产套管：钢级×外径×壁厚绘出完井工程示意图。
2）水泥固井根据要求确定注水泥方式（一次注水泥，分级注水泥或管外封隔器注水泥），根据油藏要求确定水泥性能、返高及主要外加剂和外加剂的数量。
3、完井设计根据油藏特性优选完井方法。
①.套管固井射孔完井若采用套管固井射孔完井，生产套管内径应与最大产油量油管相匹配，并要考虑大修和侧钻更新的要求。
在此基础上选择生产套管的尺寸、钢级、强度、壁厚、螺纹连接类型、螺纹密封脂的类型及上扣扭矩。
若尾管完井，则要给出悬挂深度及悬挂方式。
②.裸眼完井确定是采用先期裸眼完井还是后期裸眼完井。
③.割缝衬管完井割缝衬管完井，要确定缝割的形状、缝口宽度、缝眼排列形式及数量。
若尾管完井，给出悬挂深度及悬挂方式。
若选用定向井和水平井则要考虑套管弯曲，套管螺纹承受的拉力、螺纹的密封问题，造斜段过泵及井下工具等问题。
④.砾石充填完井砾石充填完井时要根据筛管及砾石充填设计要求，（比如绕丝筛管尺寸及缝隙尺寸要求，砾石质量要求、扩眼尺寸及工艺要求等确定充填砾石中径，携砂液配方及性能。
⑤.预充填烧丝筛管完井对预充填烧丝筛管完井进行施工设计。
⑥.其它防砂完成井是否选择有金属纤维防砂筛管、陶瓷防砂、化学预包砂人工井壁等完井，根据具体储层条件来筛选。
对事故井和抢险井的完井方法按现场条件来决定。
4、自喷井系统装置选择1）井口装置优选自喷井井口装置（采油树）的型号、连接基本形式（法兰、卡箍连接）、最大工作压力及公称通径和试压等级。
完井管柱受力与完井施工方案制订的因素分析
完井管柱受力与完井施工方案制订的因素分析董锐【摘要】Completion string will be affected inside the well by different external forces along with different working conditions .The external forces contain gravity effect ,piston effect ,spiral bend effect ,swelleffect ,temperature effect and friction effect .At the same time ,stress effect on completion string will change in line with changeable completiontypes .To establish a safe and sound completion scheme ,it is suggested to consider all kinds of effects , make a special effort to analyze working conditions of completion string and downhole tools and determine the key point to be calculated .%完井管柱在井内随着工况的不同会受到不同外力因素的影响，主要有重力效应、活塞效应、螺旋弯曲效应、膨胀效应和温度效应等，同时，完井管柱由于完井方式的不同其效应受力也会有所变化；因此，要制订安全合理的施工方案就要充分考虑各种效应的影响，着重分析完井管柱及井下相关工具的工作状态与环境，确定需要计算的关键点。
【期刊名称】《江汉石油职工大学学报》【年(卷),期】2016(029)002【总页数】3页(P58-60)【关键词】完井管柱;受力分析;施工方案【作者】董锐【作者单位】中石化江汉石油工程有限公司井下测试公司，湖北武汉 430040【正文语种】中文【中图分类】TE243完井生产管柱往往需要完成测试、酸压、采油等多种工况，其设计和施工参数的合理选择是制订施工方案的重要环节，而准确地对完井管柱进行受力分析则是制订安全合理的施工工艺方案、确定生产施工管柱结构的重要依据。
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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！