井下管柱介绍

什么是管柱方向盘管柱异响管柱基础篇一:什么是管柱管柱基础1、概况管柱基础适用于深水，有潮汐影响，岩石起伏不平，无覆盖层或覆盖层很深的河床，（不适用于有严重地质缺陷的地区），水位的变化对管柱施工影响不大，如下沉管柱，钻岩及灌注水下砼可不受水位限制，全年均能施工。

管柱基础形式，基本上分为两类，一类是管柱下沉至坚硬的岩层，与岩层固接或铰接，成为柱式管柱：另一类管柱下沉至密实的土层，藉柱底承压力与柱周磨擦力共同受力，成为磨擦管柱。

管柱有钢筋砼管柱，预应力砼管柱，及钢管柱三种，前者适用于入土深度小于25M下沉振动力不大场所。

管柱系装配式构件，管节由上、下法兰盘通过螺栓连接，管柱的最底一节下边带有刃脚，刃脚的作用是使管柱穿越覆盖层切入基岩风化层。

其高度一般1.2-1.5m，管柱直径有1.55m，3.0m，3.6m，5.0m，5.8m几种，长度为3—10M不等。

钢管桩的管节其长度为12—16M。

管柱的现场存放用龙门吊机或现场用万能杆件拼装的龙门吊机起吊，轨道电动载运平车运输。

2、下沉管柱的导向和定位设备1）管柱下沉的导向设备一般分为两类，一为浅水中采用的导向框架，一为深水中采用的整体围笼。

围笼以圆形为主是管柱施工的主要施工设施。

围笼结构主要由桁架（包括起吊主桁架，辅助吊篮桁架，平衡重桁架和侧桁架）。

托架（包括起吊托架，辅助托架），内导环，外导环，吊篮（包括主吊篮，平衡重吊篮），锚柱，悬挂设备，导向架和导向木等组成。

围笼结构中几个关键部件的作用和制造要点如下：a. 起吊托架：是起吊围笼及围笼下沉后将围笼支承在导向船厂上的支点，由角钢拼制而成。

托架布置在垂直水流方向围笼对称中线两侧。

b. 内，外导环：内导环承受内钢板桩传来的水压力，并与外导环共同控制钢板桩的位置。

围笼桁架外圈第I、IV、V层的内导环为箱形截面，受力较大的第II、III层为I字形截面，外导环分布在第I、III、V层内导环与外导环由槽钢或由角钢分后弯制。

《水平井杆管柱力学的有限元分析及应用》篇一一、引言随着石油、天然气等能源需求的持续增长，水平井技术因其高效采油的特点得到了广泛的应用。

水平井杆管柱力学作为其核心技术之一，对于保障井下作业的安全与效率具有重要意义。

本文将着重介绍水平井杆管柱力学的有限元分析方法及其在工程实践中的应用。

二、水平井杆管柱力学基本概念水平井杆管柱力学是研究水平井中钻杆、油管等杆管柱在地下复杂环境中的受力、变形及失效规律的学科。

其核心内容包括杆管柱的力学模型、受力分析、变形计算及失效预测等。

三、有限元分析方法在水平井杆管柱力学中的应用1. 有限元分析方法概述有限元分析是一种基于离散化的数值计算方法，通过将连续体离散为有限个单元的组合体，对每个单元进行分析并综合得出整体的行为特性。

在水平井杆管柱力学中，有限元分析方法能够有效地模拟杆管柱在地下环境中的受力与变形过程。

2. 有限元模型建立在水平井杆管柱力学的有限元分析中，首先需要根据实际井况建立合理的几何模型。

模型应包括井眼轨迹、杆管柱的几何尺寸、材料属性等。

随后，根据模型的几何特性和受力情况，划分合适的有限元网格，定义材料属性、边界条件和载荷等。

3. 受力与变形分析通过有限元分析软件对模型进行求解，可以得到杆管柱在地下环境中的受力与变形情况。

包括各节点的位移、应力、应变等参数，以及杆管柱的整体变形形态。

这些数据对于评估井下作业的安全性、优化杆管柱设计及预防失效具有重要意义。

四、应用实例以某油田水平井为例，采用有限元分析方法对杆管柱的受力与变形进行了详细的分析。

首先建立了包括井眼轨迹、杆管柱几何尺寸和材料属性等在内的几何模型。

然后，根据实际工况定义了边界条件和载荷，并进行了有限元网格划分。

通过求解，得到了杆管柱在地下环境中的受力与变形情况。

根据分析结果，优化了杆管柱设计，提高了井下作业的安全性和效率。

五、结论水平井杆管柱力学的有限元分析方法在工程实践中具有广泛的应用价值。

通过建立合理的几何模型、划分合适的有限元网格、定义材料属性、边界条件和载荷等，可以有效地模拟杆管柱在地下环境中的受力与变形过程。

高温高压井管柱设计和分析软件– WellCatWellCat可为管柱设计提供一体化设计和分析解决方案。

WellCat解决了管柱设计学科中的最复杂问题，即精确预测井下温度、压力剖面、管柱载荷和由之引起的位移等难题。

在Windows操作环境下的Wellcat软件由5个可独立运行的模块（Drill钻井、Pro开发、Casing套管、Tube油管、Multistring多管串）组成。

对高温高压油井不采用WellCat进行设计的潜在危险是，由于环空流体膨胀可能造成管柱失效，造成井漏和井喷，考虑到油藏的油气损失、勘探和开发费用以及对健康安全和环境（HSE）的影响。

该软件主要解决常温套管设计软件所不能解决的如下管柱设计中的最复杂的难题：①水下油井的环空热膨胀是否会引起套管损坏――内层管柱挤毁，外层管柱崩裂？②由温度、压力产生的对整个套管和油管系统的载荷会不会引起井口移位运动及载荷的重新分布？③如何消除套管和油管的弯曲，或将其限制在一定的范围内？④在深井钻井过程中，套管在未凝固的水泥是否弯曲，在采油过程中，如何避免这类问题？⑤小排量的反循环顶替封隔液对油管是起加热还是冷却作用？⑥在确保安全和可靠的前提下，有没有大幅度降低管材成本的途径？解决以上问题，需要解决三大重点问题，这也是WELLCAT所具有的三大主要功能：功能之一：精确模拟井的生命周期中任何时刻时的井下温度场与压力场功能之二：分析各种工况下管柱的受力情况，完成三轴应力校核功能之三：模拟流体膨胀与管柱变形情况，计算由此而来的附加载荷WELLCAT具有五个独立的模块，分别是：Drill钻井、Pro开发、Casing套管、Tube 油管、Multistring多管串。

➢瞬态及稳态分析➢在分析热交换过程中，考虑井眼周围一定范围内的地层温度的变化，提高了温度模拟精度➢各模块交叉分析，减少分析步骤。

如，在管柱受力分析的同时调用模拟井内流体、井壁、管柱温度与流体压力，有效加快分析过程➢通过不同阶段的管柱受力分析，预测管柱的寿命➢不但适用于高温高压井，同样可用于常规井分析（一）Drill（钻井）模块模拟钻井过程（包括正常钻进、起下钻、循环、测井、固井、挤水泥，打水泥塞）中的温度与压力变化情况，为调整钻井液、水泥浆性能提供依据，依据高温高压水力学计算方法精确控制流体循环压力，确保钻井的完全进行、提高固井质量。

深井生产作业管柱力学研究深井生产作业中，管柱力学是一个非常重要的研究领域。

管柱力学是研究深井生产中的钻杆、油管、套管等管柱组件及其受力特性的学科。

管柱力学的研究对于确保安全生产，提高生产效率具有重要意义。

本文旨在介绍深井生产作业管柱力学研究的现状和热点问题。

一、深井生产作业管柱受力特性研究深井生产作业中，管柱承受着巨大的载荷，其受力特性是管柱力学研究的重点。

现代管柱力学研究主要包括管柱受力分析、应力分析、破坏机理分析、动力学特性分析等方面。

管柱受力分析主要研究管柱在不同工况下的受力情况，如钻进、油管扩径、套管下降等。

应力分析则是对管柱内部应力分布和大小进行分析，以确定管柱的强度和稳定性。

破坏机理分析主要是探讨管柱破坏的原因和机制，为其防止和控制提供理论依据。

动力学特性分析则是研究管柱在受到外力作用后的振动特性和响应情况。

二、管柱力学研究技术手段管柱力学研究需要借助现代力学与计算机技术手段。

常见的研究手段包括模型试验、数值模拟和现场实验。

模型试验主要是利用模型器材重新复制生产现场并进行力学实验研究。

数值模拟主要是通过建立管柱力学模型，运用有限元方法和仿真技术等对管柱受力特性进行分析和预测。

现场实验则是对管柱受力现场实际情况进行测量与分析，探究管柱在活动条件下所受到的真实载荷。

三、管柱力学研究热点问题1. 复杂井型下管柱受力特性研究在现代深井生产中，井深逐渐加深，井型也越来越复杂。

面对复杂井型，钻井技术和套管选型等一系列问题都变得更加困难，管柱力学研究也面临巨大挑战。

如何研究管柱在复杂井型下的受力特性，进一步保证深井生产安全，提高生产效率，是未来管柱力学研究的短期重点。

2. 钻井作业中的管柱受力特性钻井是深井生产的核心工艺之一，其钻杆的稳定性的受力特征也是管柱力学研究的重点之一。

钻进过程中，钻杆承受着强大扭矩和压力，其稳定性受到诸多因素的影响。

如何探究钻杆受力特性，预测钻进中的管柱突变等问题，是研究钻井作业中管柱力学的重点。

第七章生产完井管柱完井管柱设计是完井工程的重要环节，完井工程的最终目的要通过完井管柱来实现。

海上油（气）田完井管柱的设计必须遵循以下原则：1）完井管柱必须与井下状况（包括油气层层系、产能、水动力系统、流体特性等）相适应；2）完井管柱必须与地面条件相适应；3）完井管柱必须满足油气田开发方案的要求；4）一般都应具备测试功能和自动控制的安全功能；5）尽可能减少或避免生产过程的起管柱作业，因此，一般都应具备钢丝作业或（和）连续油管作业的功能，减少生产操作费；6）结构和施工尽可能简单，降低投资费用。

完井管柱一般可按以下分类：热采注水管柱单管合采自喷单管分合采双管分合采生产完井管柱油井生产管柱电潜泵气举人工举升射流泵气井生产管柱螺杆泵水力活塞泵本章将介绍海上常用的自喷井完井管柱、气井完井管柱、气举井完井管柱、电潜泵完井管柱、射流泵完井管柱、螺杆泵完井管柱及注水井完井管柱的结构特点、适用范围和设计要点以及生产完井管柱的受力分析。

本章各管柱中，在井口与第一级封隔器之间或两个液压封隔器之间，是否需要连接伸缩节，在实际设计中必须对管柱可能的受力载荷变化情况进行计算确定，不受示例管柱的限制。

有关作业施工程序和操作规程，各油公司都有具体的规定或标准，施工时应严格执行，本文也不作详细叙述，仅在一些比较特殊或难度较大的地方提出需注意的要点。

第一节自喷井完井管柱本节将重点介绍单管合采完井管柱、单管分采／合采完井管柱和双管完井管柱。

一、单管合采完井管柱一般管柱结构如图7-1-1所示。

1．管柱特点l）结构简单，施工容易，投资费用低；2）适用于多层系统中，进行多层合采（在各层压力系统和流体物性比较一致情况下各层同时射孔生产）；3）既适合于前期自喷生产，又可用于后期的射流泵生产，所以特别适用于没有修井能力的平台条件；4）封隔器和井下安全阀构成安全防溢油的功能，确保油井安全。

2．管柱上各井下工具名称及功能（1）安全阀液压控制管线：其出口连接到井口采油树，由地面液压系统控制井下安全阀的开关，其选择参阅第四章。