测试管柱力学分析
深水导管喷射安装过程中管柱力学分析
第３卷 １
第 ３期
石
油
学
报
Ｖｏ ＿ １ ＮＯ ３ ｌ３ ． Ｍａ ｙ ２ ０ ０１ ２１ ０ ０年 ５月
Ａ ＣＴＡ ＰＥＴＲ Ｏ ＬＥＩＳＩ Ｉ Ｎ ＣＡ
文 章 编 号 ： ２３２ ９ （０ ０ ０ —５６０ ０ ５ —６ ７ ２ １ ） ３０ １ — ５
深水 导 管 喷射 安 装 过 程 中管 柱 力 学分 析
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ ：Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅｆａｕ ｅ ｆｌａ ｎ ｏ ｎ ａｙ ｃｎ ｉｏ ｓｉ ｅｔｎ ｐ ｒ ｔ ｎ ｏ ｏ ｄ ｃｏ ｎ ｅ ｅ ｐ ｔｒｃ ｎ ｉｉｎ，ａｔｂ — ｓｄ ｏ ｈ ｅ ｔ ｒｓｏ ｄａ ｄｂ ｕ ｄ ｒ ｏ ｄｔ ｎ ｎｊｔｉｇｏ ｅ ａｉ ｆｃ ｎ ｕ ｔｒｕ ｄ ｒｄ ｅ ｗａｅ ｏ ｄｔｏ ｏ ｉ ｏ ｕ ｕ
用 明显 ， 行 钻 柱 强 度 设 计 时 ， 须考 虑 管柱 横 向 变形 引起 的弯 曲 正 应 力 ， 出 了相 适 应 的钻 柱 结 构 优 化 方 案 。 作 业 初 期 ， 井 船 进 必 提 钻
向海 流 负 方 向适 当偏 移 ， 利 于 控 制 导 管 的入 泥 倾 角 ； 阻活 动管 串 时 ， 井船 向 海 流 正 方 向适 当偏 移 ， 够 有 效 地 降 低 钻 柱 危 险 有 遏 钻 能 截面上的最大拉应力。 关键 词 ： 水 钻 井 ； 射 安 装 ； 柱 力 学 模 型 ； 拉 强度 ； 深 喷 管 抗 钻柱 设 计
三高气井测试管柱力学行为仿真
中图分类号 ：Ｅ ３ ｒ ９２ ｒ
文献标识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ７ ４ １ （０ ２ ０ — ０ ７ ０ １０ — ４ ４ ２ １ ）３ ０２ — ２
Ｋ ｎ Ｈ ｏ ， ｈｏ Ｙ ｎ ，ＬｕＱｎ －ｅ ａｇ ａ Ｚ ａ ｕ ｉ ｉｇ ｒｎ
（． ｏｔｗ ｓｐｔ ｌ ｍ ｕｗ ￣ｔ ， ｈｎｄ ｉ ｕ ｎ ６ ００ ， ｈｎ ； １ Ｓｕｈ ｅｔ ｅ ｏ ｕ ｎ ｅ ｉ Ｃ ｅｇ ｕＳｃ ａ １５ ０ Ｃ ｉ ｒｅ ｙ ｈ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｇ ｉ ｓ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍｓｏ ｅ ｐ ｗｅ ，ｃ ｍｐ ｅ ｔ ｎ ｅ ｏｍａｉｎ ｏ ｂ ｎ ｔ ｎ ｉ ｃｉ ｎ ｌ ｅ ｌ ｎ ｈ ｉ ｉｕ ｔ ａｎ ｔ ｈ ｒ ｂ ｅ ｆ ｅ ｌ ｏ ｌｘ ｓｒ ｇ ｄ ｆ ｒ ｔ ｔ ｉ ｇ ｓｒ ｇ ｉ ｄ ｒ ｔ ａ ｌ，ａ ｄ ｔｅ ｄ ｆ ｃ ｌ ｄ ｌ ｉ ｏ ｆ ｕ ｉ ｎ ｅ ｏ ｗ ｙ
ｏ ｉ ｃｌ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｕ ｉ ｇｅ ｉｔ ｇ ｔ ｅ ｒ ｏｍｕａ，ｕ ｉ ｇ ｔｅ ＡＮＳ ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｙ ｉ ｏ ｔ ｒ ３ ｉ ｌ ａｉ ｎ ｍｏ ｅ ｒ ｆ ｒ ｔ ｃ ｌｕ ａｉ ｓｎ ｘ ｓ ｎ ｏ ｙ ｆｒ ｌ ｄ ｅ ｙ ｏ ｉ ｈ ｓｎ ｈ ＹＳ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔａ ａ ｓｓｓ ｆ ｉ ｅ ｌ ｗａｅ， ｄ ｓｍｕ ｔ ｄ ｌ ｏ ｏ ｆ
・
机械研究与应用 ・ ０ 年 期（ 第１ 期） ２２ 第３ 总 １ １ ９
研究与分析
三 高气 井测 试 管柱 力学 行 为 仿 真
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 ：
酸化压裂管柱力学分析及参数优化研究
由于不能掌握管柱在不同井况工况下 的受力状况，封隔器的蠕动情况不能很 好的把握，反过来影响了管柱中封隔器 位置的优化设计，封隔器易蠕动失效。
1.2 酸压管柱在应用中存在以下问题
(3) 缺乏对管柱最易破坏状况的了解
在施工中，不能找到油管在最恶劣工况条 件下可能发生破坏的原因及部位。
1.3 研究内容
(4) 计算单一、组合油管的强度，找到油管在最恶劣工
况条件下可能发生破坏的原因及部位，优选油管，提出增 加锚定、扶正或补偿的措施。
1.3 研究内容
(5) 通过计算管柱在封隔器坐封、解封及其压裂施工、 停压状态时的伸缩变形量和轴向应力，分析在不同工艺参 数下造成管柱及封隔器失效的原因，提出解决方案。 (6) 管柱中各工具之间相互作用，力与运动的传递关系 研究，提高工具动作及管柱可靠性研究。 (7) 在管柱力学分析的基础上，进行管柱优选和结构优 化理论研究。 (8) 建立酸化压裂管柱配套工具数据库。 (9) 编制酸化压裂管柱力学性能综合评价系统软件。
力平衡
力矩平衡
⎧ dM t ⎪ ds = μ t ⋅ R ⋅ N ⎪ ⎪ dM b = Qn ⎨ ⎪ ds ⎪τ ⋅ M b + K ⋅ M t = Q b ⎪ ⎩
3.5 物理方程
对于圆截面弹性管柱，假设管柱抗弯矩刚度 EI，则物理关系为
M b = EIK
dM b dK = EI ds ds
d 2M b d 2K = EI 2 ds ds 2
1.5 技术思路
项目调研，资料收集 管柱结构、工作机理分析 管柱接箍受力研究 4in、5in、5½in、7in井 直井、斜井、水平井 自重、浮力、内外压差、 温度场、流体摩阻等 不同工况（下井、坐封、 工作等）
钢管混凝土柱的工作机理及力学性能的有限元分析
随着建 筑业 的迅速 发展 ，常 见 的结构 形 式构 件
钢 管混凝 土而 言 ， 由于 外侧 的钢 管对 内部 混凝 土 起
难以满足建筑的设计要求。 正因如此 ， 一些新型的结 构 形式逐 渐 出现 在建 筑工 程领域 ，并 且得 到 广泛 的
应用 。 例如 ， 钢管混 凝土 柱就是 结合 普通 混凝 土柱 以 及 钢柱 Байду номын сангаас特点而 形成 的一 种新结 构形 式 。钢 管混 凝 土柱 是指 在钢管 的 内部 填满 混凝 土 ，并进 行 挤压 密 实后 的组 合构件 。通 常钢 管混凝 土柱 根据 截 面形 式 可 以分为 方形 、 矩形 、 圆形 ３种 。最 早 的钢 管混 凝 土 结构 应用 在英 国的一个 铁 路桥 的桥 墩 柱 中 ，但 是其 主 要 目的是 为 了 防止 钢 管 内侧 发 生 锈 蚀 现 象 而破 坏， 并不 是 出于其力学 性能 。 对 钢管 混凝 土结 构进行
力学 性能 的研究 始于上 世 纪 ５ ０ 、 ６ ０年 代 ，当 时一些 西方 比较 发达 的国家研 究 了钢管 混凝 土 的承 载能力
到套箍约束的作用 ，使内部的混凝土呈三 向受压的
受力 状态 而大 大提 高其 抗压 强度 。 而对 于钢管 而 言 ，
由于钢管 焊接加 工所 产生 的缺陷对 管 柱 的承载 力 影 响较 大 ， 以至 于钢 管会过 早 的产生局 部 屈 曲破坏 。 如
关键 词 ： 钢 管 混凝 土 ； 工作机 理 ； 承栽 能 力 ； 延性
中图分类号 ： Ｉ Ｔ Ｕ ３ ７
文献标识码 ： Ｂ
文章编 号： １ ６ ７ １—９ ８ １ ６（ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ —０ ０ ９ ２— ０ ４ 混 凝土属 于 双向受 压 的情况 ， 承 载能力 较低 。 但 对 于
井下注水管柱力学测试系统设计
石油机械CHINA PETROLEUM MACHINERY2020年第48卷第6期—77—V油气田开发工程A井下注水管柱力学测试系统设计贾庆升1张福涛1任从坤1王旱祥2魏振彳姜浩彳刘延鑫$(1.中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院2.中国石油大学(华东)机电工程学院)贾庆升，张福涛，任从坤，等.井下注水管柱力学测试系统设计.石油机械，2020,48(6):77-82.摘要：分层注水已成为开采薄差层油气资源的重要手段，但由于其注水管柱结构、工艺流程和受力情况相对复杂，使得井下轴向力、内外压和温度难以准确掌握。
为了验证注水管柱力学分析理论研究的准确性，设计了基于应变测试技术、水下无线短传和存储回放模式的井下注水管柱力学测试系统。
该系统可进行井下数据检测、提取和远距离数据通信，通过拉压力试验和水下无线短传试验得到测量值。
分析结果表明：测量值与实际值的相对误差均小于5%,从而验证了井下注水管柱力学测试系统满足设计要求。
研究成果对于指导施工管柱的设计以及分层注水工作参数的合理选择具有重要意义。
关键词：注水管柱；力学测试系统；拉压力；数据通信中图分类号：TE934文献标识码：A DOI：10.16082/ki.issn.1001-4578.2020.06.012Design of the Mechanical Test System for Downhole Water Injection StringJia Qingsheng1Zhang Futao1Ren Congkun1Wang Hanxiang2Wei Zhen2Jiang Hao2Liu Yanxin2(1.Petroleum,Engineering Technology Research Institute of Sinopec Shengli Oilfield Company;2.College of M echanical and Electronic Engineering,China University of Petroleum,{Huadong))Abstract:Separate layer water injection has become an important means of exploiting oil and gas resources in thin layers.However,due to the complicated water injection string structure,process flow and stress conditions,it is difficult to accurately understand the axial force,internal and external pressure and temperature of the downhole tool.To verify the accuracy of the theoretical study of the mechanical analysis of the water injection string,the mechanical test system for the downhole injection string is designed based on the strain testing technology,underwater wireless short transmission and storage playback mode.The system can perform downhole data detection,extraction and long-distance communication・The measured values are obtained through the tension and compression force inspection and underwater wireless short transmission test.The analysis result shows that the relative error between the measured value and the actual value is less than5%,thus verifying that the mechanical test system of the downhole water injection string meets the design Tequirements.The study is of great significance for guiding the design of injection string,the selection of separate layer water injection working parameters.Keywords:water injection string;mechanical test system；tension and compression force;data communication施。
深水管柱受力状态分析与实验方法研究的开题报告
深水管柱受力状态分析与实验方法研究的开题报告一、选题背景及意义随着海洋工程技术的发展，深水油气开发趋势日益明显。
深水管柱是深水油气开发中关键的组成部分，其受力状态对深水油气开发的安全和可持续性具有重要影响。
因此，深水管柱的受力状态分析与实验方法研究具有重要的理论和实际意义。
本研究将重点研究深水管柱受力状态分析与实验方法，为深水油气开发提供技术支持与保障。
二、研究内容本研究将围绕深水管柱受力状态分析与实验方法展开研究，具体包括以下内容：1. 深水管柱受力状态分析方法研究针对深水管柱受力状态的复杂性，本研究将开展深水管柱受力状态分析方法的研究。
以弹塑性模型为基础，探讨其在深水管柱受力状态分析中的应用。
研究深水管柱受力状态对管道强度与稳定性的影响，为深水油气开发提供安全与可靠的支持。
2. 深水管柱实验方法研究本研究将开展深水管柱实验方法研究，探讨深水管柱受力状态的实验测试方法。
采用试验验证的方法，研究深水管柱的受力状态和动态响应特性，得到深水管柱动态失稳和破裂的规律和机理。
3. 深水管柱受力状态分析与实验方法的对比分析将分析深水管柱受力状态分析方法与实验测试结果，进一步确定深水管柱受力状态的特征与难点，为深水油气开发的管道设计和管线衬筒优化提供技术支持与参考。
三、研究方案本研究将采用双线性弹塑性模型对深水管柱受力状态进行数值模拟，开展深水管柱受力状态分析方法的研究。
以海洋试验平台为基础，开展深水管柱的实验测试，探讨深水管柱受力状态的实验测试方法。
最终将分析深水管柱受力状态分析与实验方法的对比，确定深水管柱受力状态的特征与难点。
四、研究预期成果完成本研究计划后，预期获得如下成果：1. 深入研究深水管柱受力状态与动态响应特性，为深水油气开发提供技术支持与参考。
2. 探索深水管柱受力状态分析方法及其应用，提出指导深水管道设计的建议。
3. 研究深水管柱实验测试方法，为深水油气开发提供重要的实验研究平台。
4. 确定深水管柱受力状态的特征与难点，为深水油气开发的管道设计和管线衬筒优化提供技术支持。
超深井射孔管柱动态力学分析
超深井射孔管柱动态力学分析陈华彬,唐凯,任国辉,廖志开,欧跃强(中国石油集团川庆钻探工程有限公司测井公司,重庆400021)摘要:超深井射孔完井过程中，射孔瞬间形成的动态载荷对射孔管柱产生影响，严重时会使射孔管柱弯曲、断裂。
通过管柱动力学理论分析，利用PulsFrac射孔工程软件对射孔管柱在超深井井况下进行力学仿真。
利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对射孔管柱进行隐-显动力学分析。
认识到射孔管柱受到口袋长度、井液密度、管柱长度、射孔厚度、井深以及枪弹变化等因素影响，射孔时受约束的封隔器下端面处射孔管柱受力最大。
提出了提高油气井射孔管柱安全性的6项措施。
关键词:石油射孔;超深井;射孔管柱;动态力学;仿真;有限元分析;安全性中图分类号: TE256.2文献标识码: A1超深井射孔管柱动力学效应超深井射孔井下情况较为复杂，射孔管柱是一个关键部位。
射孔冲击波形成的动态载荷使射孔管柱产生振动，促使管柱轴向拉伸或压缩，严重情况下会使射孔管柱弯曲，甚至断裂[2]。
一般情况下，超深井射孔都会结合封隔器一起作业，以便缩短试油周期和降低成本。
井筒内的射孔管柱上端受到封隔器约束，周围受到套管的限制，射孔管柱可当成单自由度运动体系。
2超深井井况因素对管柱的影响利用射孔工程软件PulsFrac[3]对井况条件下管柱进行影响分析，将油气井基本数据包括地层岩性、杨氏模量、泊松比、孔隙度、渗透率等参数输入到软件中，通过计算模拟出射孔管柱受力变化情况(见表3超深井管柱的有限元分析ANSYS/LS-DYNA软件的动态松弛功能可以实现管柱的隐-显动力学分析。
射孔管柱准静力学阶段的重力载荷可以采用隐式分析，对几何模型应力初始化；射孔瞬间的动态载荷对管柱作用采用显式分析，获取管柱动态阶段的最大响应[5-6]。
一般情况下射孔管柱较长，可能几十米到几百米不等，连接着不同性质的工具,对射孔管柱进行数值分析时进行简化。
4结论利用射孔专业软件的仿真和有限元隐-显动力学分析，表明射孔管柱可以通过这2种软件的应用来预测油气井射孔瞬间射孔管柱的安全性。