连续油管力学分析

• 作 者: 张洪伟
• 机 构: 中国石油大学(华东)
• 出 处: 中国石油大学(华东)
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 连续油管 变形微分方程 正弦屈曲 螺旋屈曲 应力分析 变形分析

至今,连续油管应用技术已经经历了四十多年,经过这些年不断的研究与发展,在其质量上已经取得了极大的提高,应用范围越来越广泛,现在已经能够适应比较恶劣的现场环境并能够从事相对复杂的作业施工。目前连续油管的作业范围主要包括修井、完井、测井、增产措施、钻井、管道集输等多个领域,在石油行业领域被称为“万能作业设备”。但是在用连续油管进行井下作业时,连续油管的屈曲问题增大了井下作业的难度,严重时甚至会引发井下作业事故,因此开展对井下连续油管屈曲行为的研究具有重要的实际意义。在本文中首先根据井眼轨迹基本测斜数据,对井眼轨迹轴线进行样条曲线模型拟合,从而根据此模型可以计算得出井眼轨迹上任一井深处的井斜角、方位角、井斜变化率、方位变化率、曲率和挠率等参数;然后建立了井下连续油管轴线与井眼轨迹轴线的几何关系,根据井况分析连续油管在井下可能的受力情况,在此综合考虑了轴向力、连续油管自重、连续油管内外流体的压力以及粘滞摩阻力、与井壁之间的摩擦力、井壁支反力等多种外载荷作用,通过静力平衡方程和物理方程推导出了井下连续油管变形微分方程,并利用能量法根据最小势能原理再次推出了该变形微分方程,证明了其合理性;通过综合分析静力法和能量法,对连续油管变形微分方程求解,得出了连续油管的正弦屈曲和螺旋屈曲临界载荷;最后分析处于不同平衡状态下的连续油管上轴向力、正压力和弯矩的分布及求解,并在此基础上对连续油管进行应力分析和变形分析,并且可以根据所要求的安全系数判断连续油管能否下入到所规定的深度,如果不能则得出所能下入的最大井深以及在下入到最大井深时的受力情况。根据以上数学模型的建立以及求解方法,利用VB语言编制了井下连续油管受力分析软件。在这个软件在前处理部分可实现对井眼轨迹测斜数据的录入、修改以及拟合,输入连续油管及套管基本参数以及井况参数。在结果输出中可以查看图形及基本的数据,如井眼轨迹水平投影图、垂直投影图和三维坐标图,使对井眼轨迹的空间形态有更加直观的认识;下入及上提连续油管时各种载荷随井深的变化曲线图;应力及变形随井深的变化曲线图;通过计算而得出的以上各数据还可以在数据库中通过列表的形式输出。