完井管柱的四种受力状态 ppt课件
合集下载
第7章 完井管柱
27
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
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
钻进工程理论与技术固井和完井教学课件PPT
②套管弯曲引起的附加拉力
经验公式： Fbd 0.073 dcoAc kN
在为定向井、水平井以及狗腿度严重的直井中设计套管柱时，应考 虑弯曲引起的附加拉力。
③注水泥引起的附加拉力
Fc
h d ( m d )
4000
cin
kN
④其它附加拉力
•上提或下放套管时的动载、井壁摩擦力等。 •一般在安全系数中考虑。
1、轴向拉力及套管的抗拉强度 （1）套管的轴向拉力
自重产生的拉力、弯曲产生的附加拉力、注水泥时产生的附加力、 动载、摩阻等。
①自重引起的拉力
n
n
Fm
qi Li (1
d s
) 10 3
qmi Li 10 3 kN
i 1
i 1
qmi—— 第I种套管在钻井液中的单位长度重力，N； L i---- 第I种套管的长度，m； n —— 组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。
（3）双向应力下的套管强度
从套管内部取一微小单元（如图），
分析可知，在外载作用下产生三个方向
的应力σt 、σr 、σz ，对于薄壁管， σt >>σr , σr 可以忽略。变为双向应 力问题。
由第四强度理论：
σz2 +σt2 -σzσt =σs2
σr
变换为椭圆方程：
1 z 2 s
t 2 s
pper
f 2 Sb S f
S D31
D2
k
用试算法求D31。试取一个D31，计算出ρpper ，与D31处的实际地层 压力当量密度比较，若计算值与实际值接近，且略大于实际值，则 确定为尾管下深初选点；否则，另取D31进行试算 。
4、校核尾管下入到D31是否有被卡的危险
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 ：
：
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
受力分析
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
03
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
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
03
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！
石油系统井下作业完井工具介绍.ppt
层分采 上层：1368.4∽1389.0m，
完井， 提高单 井产量。
下层：1450.6∽1474.7m， 油、套压分别为15.0及
14.8MPa，单井产量：5
1414.54∽1418.31m 常闭阀位置：1408.8m， 常开阀位置：1413.6m， 工具施工合格。
下层产量：4.87×104 m3/d， 单井产量：10.25×104 m3/d， 其单井产量是施工前的两倍，
二、工具主要技术指标
１、适应井深：≤5000ｍ ２、工作压差：≤50Mpa ３、工作温度：≤1500C ４、适应介质：酸、碱、盐、泥浆、油、天
然气、硫化氢等。
三、管柱简介
目前我处用于不同工艺措施的井下工具管柱 有10多种，而用于完井的井下工具主要有 CYY211封隔器、CYY453插管封隔器。但以 CYY453插管封隔器为主。
5 中、下 地层压力：
CMD滑套位置：0.6m，
井
层选择 两层完
上层：29.67MPa 中层：35.45MPa
井分采。 下层：29.50MPa
工具施工合格。
上层和中层分别进行了120m3 和80m3胶凝酸酸化，中层无 产能被封隔，实现上层和下层 分层开采，
上层产气：15.6×104m3/d， 下层产气：13.2×104m3/d。
11
地层压力：15.0MPa。
常开阀位置：1413.6m， 套压：12.6MPa，
井
工具施工合格。
达到了施工目的。
井 施工 号 目的
产层情况
管柱使用情况
施工效果
分层酸 人工井底：5042.0m，
封隔器位置：
上层：经123.5m3胶凝酸酸化，
天 化、分 上层：4279.0∽4300.5m，
第三章 井中管柱的屈曲
x = r cos β
y = r sin β
p (z ) z= β 2π
• 代人
2 2 2 4π 2 4π 1 L U b = ∫ EI − p ( z ) 2 r cos β + − p( z ) 2 r sin β dz 2 0
4 dθ − + q cos θ dx 2
• 以及弯矩M的表达式
dθ d θ M = M + M = EJr + 2 dx dx
4 2 2 y 2 z 2
• 假设轴向力为常量，屈曲方程简化为：
2 Fx q d θ dFx dθ dθ d 2θ + + − 6 2 + sin θ = 0 4 EIr dx dx dx EI dx dx 4
• 积分，θ =0为特解
EI [−θ ′′′ + 2(θ ′) 3 ] + Fxθ ′ =
2πl θ =± L
• 当杆柱发生正弦屈曲时，θ 应有周期解
θ＝e − jaλ
a − 2a + ε = 0
4
• 使a有实根的必要条件为： ε ≤ 1 • 杆柱发生正弦屈曲时的临界失稳载荷为 ：
Fcrs EIw = 2 r
0.5
• 螺旋屈曲临界力，当 <1,随着F0 的增加，ε 进一步减小。当F0达到第二个临界值， 杆柱将从正弦屈曲状态转化为螺旋屈曲。这时θ 不再是小量，
• 扭矩T所作的功为
1 L ∂x ∂ 2 y ∂y ∂ 2 x WT = ∫ T 2 − 2 dz 2 0 ∂z ∂z ∂z ∂z
完井屈曲受力分析
完井屈曲受力分析完井管柱屈曲变形后，一方面弯曲管柱与井壁产生摩擦力，会减少井口释放的悬重。
另一方面管柱沿轴向产生位移，会导致产生封隔器的脱封。
文章通过建立静力方程分析管柱的受力，为井下作业设计提供帮助，避免上述井下作业事故的发生。
标签：完井；屈曲变形；受力分析引言在完井过程中，管柱下部承受的轴向力过大，管柱会发生正弦屈曲变形和螺旋屈曲变形。
完井管柱的螺旋屈曲会减少管柱的有效通过空间，有可能造成起、下作业工具或完井仪器时遇卡或落井。
1 几何关系管柱在竖直井中，弯曲如图1。
选取直角坐标系x，y，z，管柱的半径为r。
x沿井眼中心线向上为正。
图1 井下管柱坐标图（1）（2）2 静力平衡方程在管柱上任一点x处截取一微元段dr或dx，其上作用有内力矢F（x）和-F （x+dx），内力距矢M（x）和M（x+dx）及分布的外力f：f=-qi-Nsin？兹j+Ncos？兹k （3）其中，q为管柱单位长度重量（N/m），N为井壁作用与管柱上的法向支反力。
则微元体在上述内、外力共同作用下的静力平衡方程为■=F×■（4）■=rFxcos？兹■-Fy（5）3 物理方程完井管柱发生屈曲变形后，力矩My，Mz与变形y、z有如下关系：My=EI■=-EIr■ （6）Mz=-EI■=-EIr■（7）4 屈曲方程的导出及求解将物理方程代入平衡方程可得：Fy=rFxcos？兹■+EIr■ （8）Fz=rFxsin？兹■-EIr■ （9）将其代入可得：■=EIr2sin？兹■+cos？兹■■=-EIr2■■■积分得：Mx=Mx0+EIr2■■■-■■ （10）消去N并简化可以得到：■+■-6（■）2■+■■=0 （11）即为管柱的屈曲方程。
轴力Fx（x）可积分求出：Fx（x）=F0-qx （12）根据方程可以计算出正弦弯曲临界载荷Fcrs和螺旋弯曲临界载荷Fcrk：Fcrs=3.30qm（13）Fcrk=5.62qm （14）螺旋弯曲对应的变形为：（15）式中：m=■；E-管柱材料弹性模量；q-每米管柱在空气中的重量，N/m；Fe-管柱受到的等效轴向力，N；？啄-油套环空间隙，m；I-管柱横截面惯性矩。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢ 常温液体进入井筒，管柱受温度效应缩短； ➢ 由于低密度替高密度，受活塞效应影响
➢ 坐封后浮力消失，管柱重力得到释放
➢ 井温升高，受温度效应，产生轴向张力； ➢ 管柱内压力降低，反鼓胀效应，管柱产生轴向张力 ➢ 常温液体进入油管至井底，温度效应管柱轴向拉伸； ➢ 高泵压产生鼓报人：宋明哲
2016.7.29
完井管柱四种受力状态
解封力多大？
为什么要用伸缩管？ 重力
压裂为什么补套压？
温度效应
鼓胀效应
管柱受力状
态
活塞效应
螺旋弯曲效
应
浮力
油管怎么拉断了？
套管长个子了？
柱管下 液替 封坐 喷放 裂压
完井试油工序中管柱的受力变化
➢ 井底温度高，管柱受温度效应伸长
➢ 坐封后浮力消失，管柱重力得到释放
➢ 井温升高，受温度效应，产生轴向张力； ➢ 管柱内压力降低，反鼓胀效应，管柱产生轴向张力 ➢ 常温液体进入油管至井底，温度效应管柱轴向拉伸； ➢ 高泵压产生鼓报人：宋明哲
2016.7.29
完井管柱四种受力状态
解封力多大？
为什么要用伸缩管？ 重力
压裂为什么补套压？
温度效应
鼓胀效应
管柱受力状
态
活塞效应
螺旋弯曲效
应
浮力
油管怎么拉断了？
套管长个子了？
柱管下 液替 封坐 喷放 裂压
完井试油工序中管柱的受力变化
➢ 井底温度高，管柱受温度效应伸长