分层注水井管柱受力分析设计软件简介.pdf

010-69706217/27 分层注水井管柱受力分析设计软件 分层注水井管柱受力分析设计软件 一、软件概述 一、软件概述 在分层注水施工和生产过程中，为了保证安全，必须准确掌握油管串的轴向力与变形情况油管下部因受压会发生螺旋屈曲,并与套管接触产生摩擦力屈曲后油管进一步变形时,油管轴向力与变形的关系非常复杂常规计算方法没有考虑封隔器和摩擦力对变形的影响，其结果不适用于分层注水井油管柱安全分析 《分层注水井管柱受力分析设计软件》对油管柱在受到温度/压力的改变以及其他因素影响下所引起的管柱受力、应力和变形状态的改变进行复合受力和运动变化的科学计算；根据管柱的拉力、扭矩、安全系数、稳定性和管体伸长量等优化出油管柱设计方案；校核注水施工、测试、生产时的工具和管柱的强度，从而对油管柱状态（稳定状态、正弦屈曲状态、螺旋屈曲状态）进行准确、及时判断以此指导施工油管柱的设计和分层注水工作参数的合理选择，避免发生管柱失效事故 二、软件原理 二、软件原理 分层注水管柱的工作载荷为自重、管内外流体压力、管内外流体流动时的粘滞摩阻、管柱弯曲后与井壁之间的支反力、库仑摩擦力及弯曲弯矩，这些载荷使管柱在一定的应力下发生变形，若应力或变形过大，会导致管柱破坏、封隔器失效等作业事故。

为此，基于井眼轨迹， 运用现代力学理论和最新算法编制成的一套集生产工具、 油管等数据库、 油管柱分析 （包括管柱的力学计算，变形分析，安全校核，稳定性分析等） 、管柱设计为主的应用软件系统，并形成了一套符合分层注水生产应用需求的管柱力学分析计算、安全强度评价、校核和设计体系-《分层注水井管柱受力分析设计软件》 《分层注水井管柱受力分析设计软件》 应用管柱力学理论分析了分层注水井的井下作业过程中管柱的轴向力、弯矩、接触力等载荷及影响管柱坐封性能的轴向变形、影响管柱安全的应力 《分层注水井管柱受力分析设计软件》对分层注水施工管柱在受到大排量、温度、压力及其他因素影响时管柱发生的复合受力和运动变化进行科学计算， 校核井下工具和管柱的强度其计算结果在施工实践中得到检验和修正，具有较高的科学性，并为分层注水的施工、井下作业的用户提供了较精确的理论指导 三、软件主要功能 三、软件主要功能 1010-69706217/27 该软件包括以下六个模块 1、三维井眼描述模块 1、三维井眼描述模块 井眼是井下管柱受力分析的基础， 为了能更准确地计算井眼中管柱轴向各种内力载荷的分布，该模块采用 9 种不同的数学方法对井眼进行了描述，分别求出井眼曲率、北向位移、东向位移、 垂深和水平位移； 绘制井身三维轨迹图， 水平视图和测视图方便导入报告中使用。

2、管柱结构图设计模块 2、管柱结构图设计模块 对注水井筒的管串结构图进行设计： 包括如下 4 个部分： (1) 施工管串工具组配：依次选择施工井管串的主要工具 (2) 管串结构图：将管串连接成图 (3) 参数确定：移动光标到管串组件，单击打开工具库，选定工具参数，主要参数自动写到下一页的数据表中 (4) 工具参数：依次为前面选择的工具串参数 3、管柱静力学分析模块 3、管柱静力学分析模块 该模块采用了完善的摩阻分析模型进行力学分析， 采用单元平衡分析法对管柱的各种内力进行准确计算 考虑了管柱受到的各种外力因素，其中包括管柱自重、管柱弯曲接触、作业液粘滞力等复杂因素的影响，其功能点包括： （1）计算力学量：计算出了管柱随其自身轨迹的轴力，摩擦力，并且绘制出了直观的这些力学量与井深的关系曲线 （2）管柱安全校核：为了保证管柱的安全，管柱受力应小于管材的极限拉力和极限扭矩，另外还需考虑管柱的安全系数，由此对管柱进行强度校核，从而分析管柱的安全性为了反映管柱是否发生屈曲，包括正弦屈曲和螺旋屈曲，该软件在力学计算的基础上进一步进行了管柱的稳定性分析因此该软件可以对用户提出的管柱组合方案进行校核。

基于三维井眼轨迹，考虑管柱与套管的摩擦力、弯曲所产生的附加力、管内流体与管相对运动时产生的摩阻力以及振动载荷，软件分洗井、坐封洗井、坐封、注水注水，解封解封四种工况对管柱进行校核，通过求出管柱危险点的安全系数，来判断管柱是否安全，来校核用户提出的管柱组合方案对于井下作业或生产是否具有可行性 （3）管柱变形分析：可以对管柱的压缩量，伸长量进行辅助分析 2010-69706217/27 4、管柱动力学分析模块 4、管柱动力学分析模块 该模块考虑井口载荷的变化等动态变化因素，其功能点有： （1）根据管柱结构和工作状态，对每个工作点（即下管柱、洗井、坐封，注水，解封，起管柱）进行力学分析，计算出管柱的各种对应力学量，并且绘出了作业过程管柱在不同深度时井口拉力和扭矩曲线； （2）绘出对应不同摩擦系数取值的拉力/扭矩的上下限，即给出的是拉力/扭矩的变化范围：由于摩擦系数取值的准确度问题，因此，在此图中分别绘出对应不同摩擦系数取值的拉力/扭矩的上下限，即给出的是拉力/扭矩的变化范围； 5、管柱组合设计优化模块 5、管柱组合设计优化模块 根据设计管串的结构，考虑了三维井眼轨迹下的井下管柱与套管的摩擦力、弯曲所产生的附加力、管内流体与管相对运动时产生的摩阻力以及振动载荷等，通过在空间上对管柱进行受力分析，建立了计算任意井眼中管柱轴向载荷的通用模型，可以用来设计优化注水井中的生产与作业管柱。

本模块的目的在于： 事前防止井下故障的发生 该模块充分考虑井下管柱各种受力情况，考虑完井、施工、注水生产的可行性，设计安全的管柱组合，保证注水生产的安全，避免管柱发生强度破坏而造成井下复杂事故 6、封隔器管柱系统模块 6、封隔器管柱系统模块 封隔器系统在井下工作的条件—主要是温度和压力，往往因井的工艺方式的变更而改3010-69706217/27 变，因而引起系统的受力和管柱长度发生变化，导致封隔器过早解封、错封或窜封，乃至无法起出封隔器及其他更为严重的恶性故障因此，从理论上了解和分析温度、压力的变化如何影响封隔器系统的受力状况，则是至关重要的 1）软件能够准确计算在完井、生产和作业中油管和环空内的温度变化和压力变化 2）准确计算油管由于压力和温度的变化引起的油管柱长度的变化（包括活塞效应，温度效应，膨胀效应，螺曲效应）以及所产生的附加应力 3） 封隔器在实际使用中,为了使封隔器避开套管接箍并达到工艺设计要求,准确确定封隔器坐封位置显得尤为重要，软件可以准确确定封隔器坐封位置 4） 计算初始油管压缩量，它不仅能够对封隔器坐封时现场施工提供指导，而且还是后续施工或完井过程中计算管柱的受力和变形的基础。

5）自动移动封隔器管柱受力分析：确定密封段的最小长度保证管柱下端的插管密封段在上下移动过程中不能移出密封腔； 校核管柱能否出现永久性螺旋弯曲或张力过大而损坏的情况 6）对于不可移动封隔器确定封隔器对油管的作用力；校核管柱能否出现永久性螺旋弯曲或张力过大而损坏的情况 7）求出中和点的位置，提示中和点是在管内还是在管外 8）求出在压力和温度变化后封隔器对油管的作用力，进而求出管柱危险点（包括井口）的拉力，计算出管柱危险点的安全系数，校核封隔器管柱的安全性 4010-69706217/27 技术支持： 技术支持： 中国石油大学（北京） 北京雅丹石油技术开发有限公司 www.P 中国石油大学（北京） 北京雅丹石油技术开发有限公司 www.P 010-69706217 69706536 010-69706217 69706536 5。