水平井多封隔器管柱力学及安全性分析

摘要

水平井在试油、完井、生产等作业过程中，多封隔器管柱的顺利下入、上提及安全施工是保证这些施工成功的必要条件。由于井眼弯曲，管柱与套管内壁接触产生较大的摩阻力，需要提供较大的轴向载荷才能确保管柱正常下入;由于多封隔器的存在，管柱的轴向变形受到约束。为了了解多封隔器管柱的力学行为，做如下研究: 首先，以水平井弯曲段管柱为研究对象，考虑井眼曲率半径、油套管径向间隙的影响，建立弯曲段管柱受力模型，采用最小势能原理推导出管柱在弯曲段的屈曲临界载荷计算公式，经分析表明屈曲临界载荷随井眼曲率半径的增大呈递减趋势，随着油套管径向间隙的减小呈递增趋势。考虑封隔器在弯曲段对摩阻力的影响，推导出封隔器管柱在弯曲段的摩阻力计算公式。其次，考虑水平段多封隔器间管柱与套管内壁接不接触两种工况，分别建立各自的力学模型，推导出两种工况下多封隔器管柱在水平段轴向力的传递效率。再次，根据坐封、压裂改造工况，综合考虑大排量高泵压储层改造等后续工况（含温度效应、鼓胀效应及流体摩阻效应），结合多封隔器管柱中的残余轴向力，建立水平段多封隔器管柱应力计算模型，结合第四强度理论校核压裂过程中水平段多封隔器管柱的强度安全性，结果表明井底温差、压差的变化是影响多封隔器管柱安全的主要因素。最后，根据所得的结论为水平井多封隔器管柱的安全施工提供合理的组合建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 水平井管柱力学国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 创新点

第二章 水平井弯曲段屈曲载荷及摩阻力分析

2．1 水平井弯曲段管柱屈曲临界载荷分析

2．2 无封隔器时弯曲段管柱摩阻力计算

2．3 带封隔器时弯曲段管柱摩阻力计算

2．4 水平井弯曲段管柱算例分析

2．4．1 水平井弯曲段曲率半径对管柱屈曲临界载荷的影响

2．4．2 水平井弯曲段油套管径向间隙对管柱屈曲临界载荷的影响

2．5 本章小结

第三章 水平段多封隔器管柱摩阻力分析

3．1 带两个封隔器跨隔间管柱与井壁不接触时管柱摩阻分析

3．2 带两个封隔器跨隔间管柱与井壁接触时管柱摩阻分析

3．2．1 跨隔间管柱平面弯曲时的接触点数与接触力分析

3．2．2 跨隔间管柱螺旋弯曲时的接触点数与接触力分析

3．2．3 带两个封隔器管柱轴向力传递效率及应力分析

3．3 带三个封隔器跨隔间管柱与井壁不接触时管柱摩阻分析

3．4 带三个封隔器跨隔间管柱与井壁接触时管柱摩阻分析

3．4．1 跨隔间管柱平面弯曲时的接触点数与接触力分析

3．4．2 跨隔间管柱螺旋弯曲时的接触点数与接触力分析

3．5 带m个封隔器管柱轴向摩阻及传递效率分析

3．6 水平井水平段管柱算例分析

3．7 本章小结

第四章 水平井多封隔器管柱坐封过程力学分析

4．1 水平井套管内压裂技术简介

4．2 水平段多封隔器管柱坐封过程中变形分析

4．3 水平段多封隔器管柱坐封过程中安全性分析

4．4 水平段多封隔器管柱的残余轴向力的计算

4．5 水平井管柱坐封工况算例分析

4．6 本章小结

第五章 压裂过程多封隔器管柱强度安全性分析

5．1 压裂过程多封隔器管柱的变形与受力分析

5．1．1 鼓胀效应引起的管柱变形及应力分析

5．1．2 温度效应引起的管柱变形及应力分析

5．1．3 流体摩阻效应引起的管柱变形及应力分析

5．2 压裂过程中水平井多封隔器管柱强度安全性分析

5．3 压裂工况多封隔器管柱应力算例分析

5．4 本章小结

第六章 总结及管柱组合建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文