完井管柱的四种受力状态 ppt课件

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第一节 完井管柱
对于开采高粘度、高含砂和含气量较大的原油时，同其它采 油方式相比 螺杆泵具有灵活可靠 抗磨蚀及容积效率高等特 油方式相比，螺杆泵具有灵活可靠、抗磨蚀及容积效率高等特 点。
液压驱动螺杆泵
调速方式
机械无级调速 固定转速 变频无级调速 连续抽油杆
螺杆泵
地面驱动 抽油杆传动 螺杆泵
抽油杆类型 普通抽油杆 空心抽油杆
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地面控制部分 井下机组部分
变压器 控制屏 接线盒 泄油阀 单流阀 多级离心泵 分离器 保护器 潜油电机
电潜泵采油系统示意图
电潜泵供电流程：地面电源 变压器控制屏潜油电 缆潜油电机。 电潜泵抽油工作流程：分离 器多级离心泵单流阀 泄油阀井口 井 出油干线。 出油 线
潜油电缆 电力传 输部分
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第一节 完井管柱
适 应 条 件
油层深度与排量范围大； 含蜡； 稠油； 井斜 井斜。
主要缺点：
(1) 机组结构复杂，加工精度要求高； (2) 地面流程大，投资高（规模效益）；
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第一节 完井管柱
分类：
(1) 按系统井数分类
单井流程系统； 多井集中泵站系统； 大型集中泵站系统。
(2) 按动力液循环分类
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第一节 完井管柱
主要优点
(1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大; (2) ( ) 由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高凝油、稠油、高 于可利用动力液的热力及化学特性 用于高凝油 稠油 高 含蜡油井; (3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。
主要缺点
(1) 泵内存在严重的湍流和摩擦 泵内存在严重的湍流和摩擦，系统效率相对较低（一般为 系统效率相对较低（ 般为15％～ ％ 20 ％，最高不超过33％）； (2) 在一定条件下泵会出现气穴作用 在一定条件下泵会出现气穴作用。为避免气穴作用，要求吸入压力 为避免气穴作用 要求吸入压力 高； (3) ( ) 对回压的任意变化都很敏感 ； (4) 地面需要高压泵站，要使其长期稳定运转，技术上尚有较大困难。 25

②套管弯曲引起的附加拉力
经验公式： Fbd 0.073 dcoAc kN
在为定向井、水平井以及狗腿度严重的直井中设计套管柱时，应考 虑弯曲引起的附加拉力。
③注水泥引起的附加拉力
Fc
h d ( m d )
4000
cin
kN
④其它附加拉力
•上提或下放套管时的动载、井壁摩擦力等。 •一般在安全系数中考虑。
1、轴向拉力及套管的抗拉强度 （1）套管的轴向拉力
自重产生的拉力、弯曲产生的附加拉力、注水泥时产生的附加力、 动载、摩阻等。
①自重引起的拉力
n
n
Fm
qi Li (1
d s
) 10 3
qmi Li 10 3 kN
i 1
i 1
qmi—— 第I种套管在钻井液中的单位长度重力，N； L i---- 第I种套管的长度，m； n —— 组成套管柱的套管种类（钢级、壁厚）。
（3）双向应力下的套管强度
从套管内部取一微小单元（如图），
分析可知，在外载作用下产生三个方向
的应力σt 、σr 、σz ，对于薄壁管， σt >>σr , σr 可以忽略。变为双向应 力问题。
由第四强度理论：
σz2 +σt2 -σzσt =σs2
σr
变换为椭圆方程：
1 z 2 s
t 2 s
pper
f 2 Sb S f
S D31
D2
k
用试算法求D31。试取一个D31，计算出ρpper ，与D31处的实际地层 压力当量密度比较，若计算值与实际值接近，且略大于实际值，则 确定为尾管下深初选点；否则，另取D31进行试算 。
4、校核尾管下入到D31是否有被卡的危险

＝
：
Ｆ ｚ ＋Ｆ ｏ
（ ９ ） ２ 应 力 分来自析 ２ ． １ 轴 向应力分析。轴 向应力为
情况 ， 以便于项 目能够顺利进行 ， 可以建立进度情况表如表 １ 。
结束 语
开 发 与创 新 ， ２ ０ １ ０ ， ２ ３ （ ６ ） ： １ ７ ７ — １ ７ ８ ． ［ ２ 】 贾朱红 ， 张晓冬． 基于 Ｉ ２ Ｃ总线的单主 多从 单片机之 间的通信 ［ Ｊ ］ ． 经过 实践 ， 采 用 了新 的教学方 法之后 ， 改变 了学生 理论课被 动 单片机 开发 与应 用， ２ ０ ０ ９ ， ２ ５ （ ３ — ２ ） ： １ ０ １ — １ ０ ２ ．
计 井下施工 时， 必须对 管柱进行严格的强度 分析和载荷校正 。 关键词 ： 完井管柱 ； 强度 分析 ； 安全性
１ 载 荷 分 析
’
１ ． １ 稳定力 的计算 。关于稳定力 的定义为 ：
Ｆ ｏ＝ Ｐｏ
一
一
（ １ ０ ）
以
４
（ １ ）
式中 Ｐ 广 管柱 内部压力 ， Ｐ ａ ； Ｐ 管柱外部压力 ， Ｐ ａ ； 式中 Ｆ 一实际轴 向载荷 ， 包括真实载荷和附加轴向载荷 ， Ｎ； Ａ 『 ＿ 管柱外径横截面积 ， ｍ ； Ａ ｒ 管柱内径横截 面积 ， ｍ Ａ 一管柱横截面积 ， ｍｚ 。 １ ． ２真实轴力 的计算。真实轴力 Ｆ Ｚ 包括管柱活塞力 ， 温度变形 ， ２ ． ２周向应力 和径 向应力分析 。管柱的周 向和径 向应力的计算 ， 坐封力和流体摩阻引起 的轴 向载荷 。 通过拉美公式得 ：
学 习的状态 ， 提高了理论助 推实践 、 实践巩 固理论的效果 ； 改变了学 【 ３ 】 王 先彪 ． 单 片机 应用 系统设 计与 实现［ Ｍ 】 ． 北京 ： 清华 大学 出版社 ， ０ １ ４： ６ ６ ． 生验 证实验 的状态 ， 激发 了学 生的学习主动性 和热情 ； 改变 了学 校 ２ 教学 和企业需要联系松散的状态 ， 提升了知识 转化 为能 力的效率 。 ［ ４ ］ 史洁 ， 田云． 单 片机 原理及 应 用【 Ｍ】 ． 北京 ： 清华 大学出版社 ， ２ ０ １ ２ ：

受力分析
根据B区的地质资料和生产数据，对完井管柱进行受力分析。分析方法与A区相同，考虑轴向力、径向力和弯曲力的 作用，并计算各力的数值。
优化设计
根据受力分析结果，对油田B区完井管柱进行优化设计。针对B区的地质条件和生产条件，选择适合的管 柱材料、直径和壁厚，以及合适的连接方式。同时考虑油井的后期维护和修井作业，对管柱设计进行细 致的优化。
背景介绍
油田A区完井管柱的受力情况是完井工程设计的重要依据，通过对管柱受力分析，可以优 化管柱设计，提高油井产能和延长油井寿命。
受力分析
油田A区完井管柱主要受到轴向力、径向力和弯曲力的作用。轴向力主要由井液压力和管 柱自重产生，径向力主要由井壁摩擦产生，弯曲力主要由管柱与井口装置的碰撞产生。通 过对这些力的计算和分析，可以确定管柱的稳定性、安全性和可靠性。
完井管柱通常由多根不同规格、材质 的管材组成，如油管、套管、尾管等 ，根据设计要求，通过螺纹连接或焊 接等方式组合而成。
完井管柱的作用
01
02
03
04
封闭井口，防止油气泄漏和地 面污染。
实现油气开采、油水分离，提 高采收率。
支撑井壁，保持井筒稳定。
承受地层压力和外部载荷，保 证安全生产。
完井管柱的组成
完井管柱受力分析课件
目录
• 完井管柱概述 • 完井管柱受力分析基础 • 完井管柱静态受力分析 • 完井管柱动态受力分析 • 完井管柱受力的数值模拟方法 • 完井管柱设计及优化 • 完井管柱受力分析实例
01
完井管柱概述
完井管柱的定义
完井管柱是指油田开发过程中，在钻 井工程完成后，用于封闭井口、实现 油气开采、油水分离等功能的管柱。
05
完井管柱受力的数值 模拟方法

替 ➢ 常温液体进入井筒，管柱受温度效 液 应缩短；
坐 封
➢ ➢
由于低密度替高密度，受活塞效应 影坐响封后浮力消失，管柱重力
得到释放
放 ➢ 井温升高，受温度效应，产生轴向张力； 喷 ➢ 管柱内压力降低，反鼓胀效应，管柱产生
轴向张力 压 ➢ 常温液体进入油管至井底，温度效应管柱 裂 轴向拉伸；
➢ 高泵压产生鼓胀效应，管柱拉伸
完井管柱的受力状态分析
汇报人：宋明哲
2016.7.29
完井管柱四种受力状态
解封力多大？
为什么要用伸
Байду номын сангаас
压裂为什么补
缩管？
重力 套压？
温度效应
鼓胀效应
管柱受力 活塞效应 状态 螺旋弯曲
浮力 效应
油管怎么拉断 了？
套管长个子 了？
完井试油工序中管柱的受力变化
下 管
柱 ➢ 井底温度高，管柱受温度效应伸长
谢谢 请专家和领导批评指正！

层分采 上层：1368.4∽1389.0m，
完井， 提高单 井产量。
下层：1450.6∽1474.7m， 油、套压分别为15.0及
14.8MPa，单井产量：5
1414.54∽1418.31m 常闭阀位置：1408.8m， 常开阀位置：1413.6m， 工具施工合格。
下层产量：4.87×104 m3/d， 单井产量：10.25×104 m3/d， 其单井产量是施工前的两倍，
二、工具主要技术指标
１、适应井深：≤5000ｍ ２、工作压差：≤50Mpa ３、工作温度：≤1500C ４、适应介质：酸、碱、盐、泥浆、油、天
然气、硫化氢等。
三、管柱简介
目前我处用于不同工艺措施的井下工具管柱 有10多种，而用于完井的井下工具主要有 CYY211封隔器、CYY453插管封隔器。但以 CYY453插管封隔器为主。
5 中、下 地层压力：
CMD滑套位置：0.6m，
井
层选择 两层完
上层：29.67MPa 中层：35.45MPa
井分采。 下层：29.50MPa
工具施工合格。
上层和中层分别进行了120m3 和80m3胶凝酸酸化，中层无 产能被封隔，实现上层和下层 分层开采，
上层产气：15.6×104m3/d， 下层产气：13.2×104m3/d。
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地层压力：15.0MPa。
常开阀位置：1413.6m， 套压：12.6MPa，
井
工具施工合格。
达到了施工目的。
井 施工 号 目的
产层情况
管柱使用情况
施工效果
分层酸 人工井底：5042.0m，
封隔器位置：
上层：经123.5m3胶凝酸酸化，
天 化、分 上层：4279.0∽4300.5m，

x = r cos β
y = r sin β
p (z ) z= β 2π
• 代人
2 2 2 4π 2 4π 1 L U b = ∫ EI − p ( z ) 2 r cos β + − p( z ) 2 r sin β dz 2 0
4 dθ − + q cos θ dx 2
• 以及弯矩M的表达式
dθ d θ M = M + M = EJr + 2 dx dx
4 2 2 y 2 z 2
• 假设轴向力为常量，屈曲方程简化为：
2 Fx q d θ dFx dθ dθ d 2θ + + − 6 2 + sin θ = 0 4 EIr dx dx dx EI dx dx 4
• 积分，θ =0为特解
EI [−θ ′′′ + 2(θ ′) 3 ] + Fxθ ′ =
2πl θ =± L
• 当杆柱发生正弦屈曲时，θ 应有周期解
θ＝e − jaλ

a − 2a + ε = 0
4
• 使a有实根的必要条件为： ε ≤ 1 • 杆柱发生正弦屈曲时的临界失稳载荷为 ：
Fcrs EIw = 2 r
0.5
• 螺旋屈曲临界力，当 <1,随着F0 的增加，ε 进一步减小。当F0达到第二个临界值， 杆柱将从正弦屈曲状态转化为螺旋屈曲。这时θ 不再是小量，
• 扭矩T所作的功为
1 L ∂x ∂ 2 y ∂y ∂ 2 x WT = ∫ T 2 − 2 dz 2 0 ∂z ∂z ∂z ∂z

三、井身构造设计的主要原那 么
能防止产生井漏、井塌、井喷等井下复杂情况, 为全井平安、优质、快速和经济地钻进创造条 件；
下套管时，井内钻井液柱的压力和地层压力之间 的压差，不产生压差卡套管现象。
钻下部地层采用重钻井液时产生的井内压力不致 压裂上层套管处最薄弱的裸露地层；
能有效保护油气层，使不同压力地层免受钻井液 的损害。
校核是否会发生压差卡套管
2.校核套管在下入井深(初选点)D21 过程中是否会发生压差卡套管
校核是否会发生压差卡套管
压差公式 P m a 0 .x 00 (m 9 m 8 aP x m 1 )D im nP m axin P m a 0 .x 00 (p 9 m a 8 S b x 1 P m )D im nP m axin
2.下套管： 在已钻成的井眼中按规定深度下入一定直径、
由某种或几种不同钢级及壁厚的套管组成的套管柱。
3.注水泥
在地面上将水泥浆通过套管柱注入到井眼 与套管柱之间环形空间中，将套管柱与井壁岩 石结实地固结的过程。
固井目的：
将油气水层及复杂地层封固起来以利于进 一步钻进或开采。
下套管和注水泥浆固井
固井水泥浆系统
五、井身构造设计关键参数
1.最大钻井液密度 某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密 度，和该井段中的最大地层压力有关：
m m axP m aS x b
ρmmax:将来要下某层套管的钻进井段中所使 用的最大钻井液密度，g/cm3；
ρpmax :该井段的最大地层压力当量密度； Sb:考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力
为Sg，那么最大井内压力当量密度为：
B r m max Sg
Sg:冲动压力梯度当量密度, g/cm3；

水泥头
（6）胶塞
– 是由内嵌铸铁或铝和易钻料的橡胶制成，带 有尾翼：注水泥后被钻掉。
第三节 注水泥固井工艺
一、概述
1、注水泥施工要求
• 注水泥施工后要形成一个完整的水泥环， 使水泥与套管、水泥与井壁固结好，水泥 胶结强度高，油气水层封隔好、不窜、不 漏。
• 要达到以上要求，就必须全面周密考虑各 种影响因素，精心设计、精心施工。
浮箍
（3）扶正器
– 固定在套管外壁上，靠它的弹性钢片扶正套 管柱，使套管在井眼里居中，从而注水泥时 套管柱四周的水泥环厚度均匀。
（4）联顶节
– 是用来联接套管头和地面固井设备水泥头的。 联顶节有一定的长度。调节联顶节下入钻台 转盘面以下的深度（联入），来控制套管头 露出地面的距离。一般对于低洼井，套管头 的露出高度应高一些，以便于安装采油装置。
油管与套管环空应定期注缓蚀剂以降低对套管内腐蚀521主要问题地层压力低且裂缝发育油层既是裂缝层也是漏失层在钻井和固井过程中造成大量漏失使油层部位未封固或封固不好影响油井生产同时由于水泥浆上返高度不够用先期完井的方法将技术套管下到油气层顶部然后采取尾管射孔或割缝衬管完井2其它方法541主要问题注蒸汽是当前开采稠油最有效的方法之一由于热采井在生产期将承爱高温条件套管和水泥会受到严峻考验蒸汽注入温度可达360度套管受热内部产生压应力当超过材料屈服极限时套管将发生断裂或破蒸汽注入或停止多次反复会导致接箍漏失和螺纹滑脱损坏随温度升高水泥石的抗压强度会大幅度下降从而失去对套管的支撑密闭作用耐高温水泥提高水泥浆的热稳定性选用g级水泥加30石英砂热采井环空全部封固热采井套管破坏与完井方法密切相关
1、拉力
• 由套管本身重量所引起。越靠上部的套管承受 的拉力越大，套管柱越长，套管的尺寸越大， 上部套管承受的拉力越大。

重力温度效应鼓胀效应螺旋弯曲效活塞效应浮力完井管柱四种受力状态为什么要用伸缩管
完井管柱的受力状态分析
汇报人：宋明哲
2016.7.29
完井管柱四种受力状态
解封力多大？
为什么要用伸缩管？
重力 温度效应 管柱受力状 态 活塞效应 浮力
压裂为什么补套压？
鼓胀效应
ห้องสมุดไป่ตู้螺旋弯曲效 应
油管怎么拉断了？
套管长个子了？
完井试油工序中管柱的受力变化
下 管 柱
井底温度高，管柱受温度效应伸长 常温液体进入井筒，管柱受温度效应缩短； 由于低密度替高密度，受活塞效应影响 坐封后浮力消失，管柱重力得到释放
替 液
坐 封 放 喷 压 裂
井温升高，受温度效应，产生轴向张力； 管柱内压力降低，反鼓胀效应，管柱产生轴向张力 常温液体进入油管至井底，温度效应管柱轴向拉伸； 高泵压产生鼓胀效应，管柱拉伸
谢谢 请专家和领导批评指正！

60/90 60/90
12/16/20 12/16/20
127140 140178 178 278
102 127
102 127
60/90 60/90
12/6 12/6
二、射孔工艺
1、电缆传输射孔工艺 自然伽马仪校深定位
2、一次性完井射孔工艺 （1）油管传输射孔 （2）过油管射孔
（1）.油管传输射 孔 1) 用完井油管将射孔枪送到射孔位置。
完井液对储层的伤害 1. 固相微粒堵塞 2. 矿物反应物沉积堵塞 3. 地层水反应物沉积堵塞
4. 岩心水敏损害
5. 岩心速敏损害 6. 岩心酸敏损害
1. 固相微粒堵塞 (1) 在相同压差下,微粒直径越小,对气层损害越严重(图 13)
(2) 微粒直径相同,不同压差对岩心损害不同。压差愈 大,造成的不可恢复的损害也就越大。
第六节
水平井完井方式研究
二、水平井钻井技术
水平井轨道控制技术比较成熟，但水平井井控技术、水平井井壁稳 定技术、水平井完井技术、水平井携带岩屑技术（岩屑床问题）、水平 井压裂技术等还有许多工作要做。 另外我国目前所钻水平井基本为单一水平井和双台阶水平井，而分支 水平井和多分支水平井尚未广泛应用。 当前的技术使得井身质量、钻速、钻时、钻井成本、综合效益都能令 作业者满意,现在水平井的钻井成本甚至可控制到五六年前的常规直井的 成本水平。 水平井数也从1985年20口,1989年的500口猛增到2000年的10000多口。 尤其值得注意的是水平井技术为数量庞大的老油田提高采收率、重焕青 春提供了经济的、可靠的技术手段。
封隔器位置： 2850.0m 左右
177.80mm × 3071.16m 215.90mm×3073.00m