井下作業(yè)管柱軸向變形的理論計(jì)算及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著石油需求量的增加和鉆探開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，分段壓裂、分層注水及高溫高壓井開采等井下作業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛，在這些作業(yè)過程中，受管柱自重、溫度和壓力等因素的影響，管柱在井下會(huì)發(fā)生軸向變形，如果軸向變形較大將引起作業(yè)管柱下入深度不準(zhǔn)、封隔器坐封位置偏離目的層、封隔器脫封、管柱斷脫及管柱螺旋屈曲等井下事故。長(zhǎng)期以來，井下管柱深度主要通過人工地面測(cè)量，同時(shí)配合電磁測(cè)井曲線來校正管柱下入深度及封隔器坐封的準(zhǔn)確位置。測(cè)磁定位曲線影響因素多、曲線解

2、釋困難、作業(yè)工作量大、占用生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)、成本較高，特別是測(cè)試解釋數(shù)據(jù)和人工測(cè)量數(shù)據(jù)相差較大時(shí)難以給出解釋，準(zhǔn)確度不高。而且，磁定位未能考慮電纜的伸長(zhǎng)及坐封、壓裂過程管柱的軸向變形。因此，準(zhǔn)確計(jì)算作業(yè)過程中不同因素影響下管柱的軸向變形量，對(duì)準(zhǔn)確定位作業(yè)層位、評(píng)價(jià)井下作業(yè)管柱的安全性、合理選擇生產(chǎn)作業(yè)參數(shù)、減少井下作業(yè)事故的發(fā)生等具有重要意義。
　　本文在前人的研究基礎(chǔ)上，通過大量文獻(xiàn)調(diào)研。首先，綜合分析了影響井下作業(yè)管柱軸向變形的因素

3、，包括重力效應(yīng)、浮力效應(yīng)、溫度效應(yīng)、活塞效應(yīng)、膨脹效應(yīng)、摩阻效應(yīng)和屈曲效應(yīng)等基本效應(yīng)的影響；井眼軌跡的影響；封隔器的影響；不同管柱結(jié)構(gòu)類型的影響及不同作業(yè)工況的影響。并結(jié)合彈塑性力學(xué)，利用劃分微元后疊加的方法，建立了單一因素影響下作業(yè)管柱軸向變形的理論計(jì)算模型。其次，通過對(duì)管柱微元體受力分析，結(jié)合管柱微元體靜力平衡方程和物理方程推導(dǎo)出管柱變形的微分方程，通過對(duì)微分方程的無因次化，推導(dǎo)出三維彎曲井眼中作業(yè)管柱軸向變形的理論計(jì)算模型。再次，