完井管柱受力分析研究完井管柱受力分析研究 汇报提纲 一、完井管柱在井内的几种效应分析一、完井管柱在井内的几种效应分析 二、不同完井方式时完井管柱的受力分析二、不同完井方式时完井管柱的受力分析 一、完井管柱在井内的几种效应分析一、完井管柱在井内的几种效应分析•重力效应重力效应•温度效应温度效应•鼓胀效应鼓胀效应( (反鼓胀效应反鼓胀效应) )•活塞效应活塞效应•弯曲效应弯曲效应•摩阻效应摩阻效应 重力效应重力效应1.完井管柱在空气中的重量:F＇=Lg 2.完井管柱在井内的重力:F"=F－F浮 3 3.完井管柱在井内因重力而产生的平均轴向拉 F1=F"/2 4.完井管柱因轴向拉力而引起的伸长 ΔL1=12FL/（E*AS） 温度效应温度效应( (一）一） 基本条件 完井管柱的平均温度发生改变而引起长度或受力的变化，与压力变化无关 计算方法 热膨胀力的计算 F2= 207As×Δt = 207×As×(t2-t1) 温度效应长度变化的计算 ΔL2 = L×B×Δt 其中，As------油管截面积，in2; Δt------平均温度的变化值, 0F; t2------井内油管的平均温度,0F; t2=(井底温度+井口平均温度)/2; t1------作业现场温度或油管丈量时的气温,0F; L------深度，in; B------热膨胀系数，6.9×10-6 in /in / 0F; 温度效应温度效应( (二）二） 注水井或进行酸化压裂等增产作业时，由于将温度较低的液体注入井内，油管是冷缩状态。
所以对于不同的完井方式必须计算出生产、注水（酸）或增产作业时的温度效应，才能保证完井管柱的正确安装 温度效应在注水（酸）管柱中的应用 L=TL tubingC 这里只考虑注(酸)水时温度的影响,不考虑气球效应及自重的影响,且把油管封隔处看作自由端 T=（T井底流动+T井口测量）/2； C——热膨胀系数，6.910-6 鼓胀效应与反鼓胀效应鼓胀效应与反鼓胀效应 鼓胀效应是油管内压力增加使油管膨胀或变成球形状态，这种趋势将使油管缩短或产生轴向压力反鼓胀效应是环空压力增加使油管外径变小，这种趋势将油管伸长或产生轴向拉力鼓胀效应产生的基本条件是油管内或环空中平均压力发生改变而引起长度或轴向力的变化 计算方法鼓胀效应产生的轴向力及长度变化计算方法 F3=－0.6×(ΔPiaAi－ΔPoaAo) ΔL3=（-2L*γ）*（（ΔP ia- R2ΔP oa)/(R2-1)) 其中，ΔPia------油管平均压力的变化，Psi； Ai------油管内径面积，in2； ΔPoa------环空平均压力的变化，Psi； Ao------油管外径面积， in2； ΔL3------鼓胀效应长度的变化，in； L------深度，in； γ------泊松比，钢为0.3； E------弹性模量，钢为3×107 Psi； R------油管外径与内径之比。
活塞效应活塞效应 活塞效应产生的基本条件是由于完井管柱中存在面积差, 当油管或环空压力改变时便产生向上、向下的轴向力或产生油管的上下移动海上油气井井底通常均下有封隔器，当封隔器坐封后封隔油套环空时，有一个受力面积差，便产生活塞效应的条件 计算方法活塞效应产生的力的计算 F4= (Ap-Ai)ΔPi - (Ap -Ao)Δpo 活塞效应产生的长度变化的计算 ΔL4=(-L/EAS)*（Ap－Ai）Δpi－（Ap－Ao）Δpo 其中，F4------活塞效应产生的力，lb；L------深度，in； ΔL4------活塞效应产生的长度变化，in； Ap------封隔器内径的面积，in2； As------油管截面积， in2； Ai------油管内径面积， in2； Ao------油管外径面积， in2； ΔPi------封隔器处油管压力的变化值，Psi； ΔPo------封隔器处环空压力的变化值，Psi； E------弹性模量，钢为3×107， Psi； 弯曲效应 弯曲效应产生的基本条件： 1.油管内压力的改变大于环空，即形成压力弯曲； 2.完井时对底部加压造成底部油管弯曲。
弯曲效应的分类： 1.压力弯曲 2.油管加压弯曲 弯曲效应计算方法弯曲效应计算方法 完井管柱在井内的摩阻效应完井管柱在井内的摩阻效应完井管柱入井就有摩阻效应产生完井管柱在井内的摩擦力与许多因素有关，如井斜、井眼轨迹、套管、油管尺寸等 汇报提纲 一、完井管柱在井内的几种效应分析一、完井管柱在井内的几种效应分析 二、不同完井方式时完井管柱的受力分析二、不同完井方式时完井管柱的受力分析 二、不同完井方式时完井管柱的受力分析二、不同完井方式时完井管柱的受力分析•单管自由端式单管自由端式•单管单封隔器式单管单封隔器式•单管插入式单管插入式•单管锚定式单管锚定式•单管重力坐封式单管重力坐封式•双管或多管完井方式双管或多管完井方式 单管自由端式单管自由端式 这种完井方式比较简单，常见的是电泵生产管柱这种管柱主要受两种效应的力：自重力和温度效应 例例 :SZ36-1A7:SZ36-1A7井井 油油 层层 温温 度度 65℃65℃（（ 139139 F F）） ，， 压压 力力 14MPa14MPa，， 3 3 1/2in, 1/2in, 13.85kg/m(9.3lb/ft)13.85kg/m(9.3lb/ft)油油管管下下入入深深度度17701770米米，，生生产产套套管管为为9 9 5/8in, 5/8in, 47lb/ft47lb/ft，，完完井井液液密密度度1.11.1，，作作业业时时现现场场气气温温60600 0F F，，年平均温度年平均温度68680 0F F，那么油管下井后长度变化多少？，那么油管下井后长度变化多少？ (1) (1) 自重产生的伸长自重产生的伸长 △L △L1 1= F= F1 1×L×Sc×L×Sc =22998.15×1770×3.28×0.1544×10 =22998.15×1770×3.28×0.1544×10-6-6 = 20.7in= 20.7in （（2 2）温度效应的伸长）温度效应的伸长 △L △L2 2= L×B×△t= L×B×△t = 1770×3.281×12×6.9×10 = 1770×3.281×12×6.9×10-6-6×43.5×43.5 = 20.9in = 20.9in (3) (3)综合效应综合效应△L=△LL=△L1 1+△L+△L2 2=20.7+20.9=41.6 in=20.7+20.9=41.6 in 单管单封隔器式单管单封隔器式 这种完井方式应用于有自喷能力的井，封隔器一般为上提解封的可取式封隔器。
这种完井方式除受自重伸长和温度效应外，在坐封封隔器时还会受到鼓胀效应使油管缩短 示例计算 (1) 自重产生的伸长 △L1= 20.7in （2）温度效应的伸长△L2= 20.9in (3) 鼓胀效应ΔL3=－{(2×1770×3.281×12×0.3)÷3×107}×{[2500－0] ÷ [(3.5÷2.992)2－1]} =－9.25in(-0.33m) （4）综合效应△L=△L1+△L2+△L3=20.7+20.9-9.25=32.35 in 单管插入式单管插入式 这种完井方式比较常见，封隔器一般都为永久式由于插入密封处的内径与油管内径不同，因此因面积差而会产生活塞效应然而这种方式完井作业一般是先坐封封隔器，再释放插入密封总成，或座好封隔器后再回插因而在正常生产后就有活塞效应，鼓胀效应、温度效应，如果油管内压力内压力变化较大也会产生压力弯曲效应 示例计算示例计算 (1) 自重产生的伸长 △L1= 20.7in (2) 鼓胀效应△L3=－9.25in(-0.23m) （3）温度效应 F2= 207×As×Δt = 207×2.59×35= 18764.6 lb ΔL2= L×B×Δt= 1770×3.281×12×6.9×10-6×35 = 16.83in≈0.427 m （4）活塞效应 ΔL4 = －2.7in (5)综合效应 总伸长=ΔL1＋ΔL2＋ΔL3＋ΔL4 =25.58 in≈0.65米 单管锚定式单管锚定式 这种完井方式也是比较多用的，封隔器为永久式，油管与封隔器靠锚定连接，需修井时只要反转倒开锚定便可起出油管。
一般锚定的内径比油管内径大，因此在生产时也可产生活塞效应也就是说这种完井方式除受自重伸长、温度伸长、鼓胀缩短效应之外，还受活塞效应 示例计算(1).重力伸长、温度效应、鼓胀效应的计算同单管封隔器式: 油管伸长32.35in2)活塞效应的计算同单管插入式，即 F4= －2529.04 lb ΔL4=－2.3in(3).综合效应 ΔL=32.35-2.3=30.05in 单管重力坐封式单管重力坐封式 这种完井方式一般应用于TCP负压射孔中，封隔器是靠地面旋转加压而坐封的，这种完井方式主要受自重伸长、温度伸长、鼓胀和压力弯曲缩短等作用 示例计算 (1).自重伸长和温度效应的伸长同上 伸长量=20.7+20.9=41.6in (2).鼓胀效应 F3=－0.6×(ΔPiaAi－ΔPoaAo) =-0.6×(500×2.7462×л－0) =-1799lb(3）活塞效应 F4=ΔP×ΔA=-1000×30.9in2=-30900lb(4）综合效应 F=22998.15 lb+23321.66lb-1799lb- 30900lb=13620.8lb 双管或多管完井方式双管或多管完井方式 双管或多管完井时油管与封隔器的连接与单管完井一样，有螺纹直接连接的，也有锚定式或插入式的。
因此其管柱的受力是分开进行分析的，不论采用何种形式连接，其受力种类也是上述的几种效应 参考文献1.《中国海洋油气田开发图集》上册，中国海 洋石油总公司2.《海上油气田完井手册》第七章3.《PAKER CALCULATION HANDBOOK》BAKER 4．《油藏动态分析报告》油藏部动态室。