井下工具管柱力学分析及应用软件研究

发布日期：2014年10月08日作者：编辑：审核：点击：[]

项目负责人练章华

该项目针对井下施工多工况联作施工工艺特点，以井筒压力温度场瞬态预测研究为基础，通过开展二维、三维施工管柱屈曲理论研究，施工管柱力学行为研究和封隔器胶筒力学行为研究，开发出了一套井下作业施工管柱力学分析软件，并采用软件对现场井进行计算设计，主要得出了如下成果：

（1）针对水平井压裂施工工况，基于管柱屈曲变形理论，同时综合考虑管柱重力、各种摩擦力、内外流体压力、井斜、方位等参数，建立了三维管柱屈曲微分方程，并采用微分求积单元法对方程进行数值求解，为管柱力学分析和优化设计提供了理论依据。

（2）针对压裂施工、固井施工等井下的复杂工况，建立了高排量下管内流体摩阻计算修正的数学模型，该模型能正确计算流体流动对管柱的动态摩阻力。

（3）根据钻柱的组合结构尺寸、钻柱内多密度和变体积流体性质，推导出了尾管固井过程中多密度流体位置在钻柱内随注入时间变化解析数学模型。

（4）基于本研究推导出的钻柱摩阻力的数学模型，变形计算的数学模型以及多密度流体位置变化的数学模型，用VB2010开发出了其计算分析软件，该软件根据四川龙岗63的数据资料，验证了其可靠性和适用性。

（5）针对机械式封隔器实际工况和管柱螺旋弯曲理论，提出了斜井井口压重传递计算方法，根据该方法得到压重极限值以及井口载荷与封隔器上压重的变化关系曲线，该曲线与现场实际结果吻合，为管柱力学分析提供了依据。

（6）推导了悬挂器强度分析计算的解析模型，为软件开发提供了数学模型。

（7）建立了悬挂器有限元计算的力学模型，根据该模型对悬挂器坐封、倒扣、固井三种工况进行了精细的有限元力学强度分析，为悬挂器参数选择及安全性提供了理论依据。

（8）根据本项目建立的井下工具管柱各种工况的力学、数学模型，固井过程中的流体动力学数学模型，开发了井下工具管柱力学分析软件，该软件包含了各种管柱的力学强度数据库、压裂酸化工具库以及尾管固井工具库，该软件为井下工具管柱力学强度计算、安全性评价提供简便、可靠的方法和手段。