水平井分段压裂管柱受力分析研究及应用

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1、水平井分段压裂管柱受力分析研究及应用图8跨封段管柱受力分析图9安全评估5结束语水平井分段压裂管柱力学分析主要是在油气井管柱基本力学方程的基础上考虑跨封段管柱的受力特点进行建模。并在此基础上开发了水平井分段压裂管柱受力分析设计软件，该软件可用于解决水平井分段压裂管柱系统的受力与安全分析的相关问题。由于水平井分段压裂工艺以及相关的井下工具在不断地向前发展，因此相关的研究分析以及软件开发工作必须实时跟进，才能真正提高水平井分段压裂的经济效益。由于笔者水平有限，文中不足与不妥之处，敬请广大读者批评指正。参考文献：9[1]

2、马俯波等．低渗透砂岩油藏水平裸眼井的多裂缝水力压裂技术[J]．国外油田工程，2004，20（12）：13~16．[2]McDanielBW，WillettRM．廉抗利（译）．低渗透油气藏的增产技术——没有水泥套管的水平完井[J]．国外石油动态，2003，149（15）：14~30．[3]檀朝东等．基于三维井眼轨迹的管柱受力分析研究[J]．中国石油和化工，2009，2：57~59．[4]檀朝东等．大位移水平井完井管柱力学分析[J]．石油矿场机械，2008，37（2）：20~24．6[5]张任良等．井下管柱受力分析设

3、计软件的研制及应用[J]．中国石油和化工，2008，16：54~56．7百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网92to.com,您的在线图书馆!水平井分段压裂管柱受力分析研究及应用（1．中国石油大学（北京），北京昌平，102200；2．北京雅丹科技开发有限公司，北京昌平，102200）摘9要：本文针对水平井分段压裂工艺的技术特点，在常规压裂管柱力学分析模型的基础上，考虑了水平井分段压裂时各种工况下跨封段管柱的受力，完善了相关方法与模型，开发了水平井分段压裂管柱受力分析设计软件，解决了水平井分段压

4、裂工艺施工中的管柱及工具的受力、变形、强度校核及安全评估等。关键词：水平井分段压裂管柱受力分析软件研制1引言水平井分段压裂工艺技术主要解决压力下降快、砂体联通性差、单井产量低等油气井增产问题。目前，国内外水平井分段压裂工艺技术主要有如下几种：限流压裂技术、双卡上提多段压裂技术、分段环空压裂技术、液体胶塞隔离分段压裂技术、机械桥塞隔离分段压裂技术、套管内连续油管水力喷砂压裂技术和裸眼分段压裂技术等[1,2]。近年来，水平井分段压裂工艺在我国各油气田的应用越来越多，然而相关的理论研究与软件工具却相对滞后，特别是水平井

5、分段压裂管柱受力分析总体上还是沿用不分段压裂管柱的力学分析方法。本文针对这一问题，从水平井分段压裂工艺的技术特点出发，完善了相关的分析技术方法，开发了水平井分段压裂管柱受力分析设计软件，用于解决水平井分段压裂工艺施工中的管柱和工具的受力、变形以及安全等问题。92软件相关理论2.1多封隔器管柱力学基本方程为了建立三维井眼中带多个封隔器管柱（两个以上封隔器）轴向载荷的力学模型，首先考虑井眼轨迹上任意两点之间的一个管柱单元，在空间上对管柱单元建立平衡方程[3]如公式（1）所示。???Tcos?Tcos?dlqcos??

6、?Fn1?222?22?Fn?Fndp?Fnp??FnD?M2?M1??2?（1）???F???T1?T2?sin?nqdl???T1?T2?sin?n3qdl?ndp22????Fnp?dlq?m?dlm3q?????1??2?/2????arccos(cos?1cos?2?sin?1sin?2cos(?2??1))??Fp1,Fp2,Fp3...Fpn.FTT式中：1—单元下端的拉力，N；2—单元上端的拉力，N；?—单元全角变化，rad；n—总侧向力，N；M1FM—单元下端的扭矩，N?mm；2—单元上端的扭矩

7、，N?mm；ndp—全平19面上主法线上的侧向力，N；NFnp—副法线上的侧向力，N；dl—单元长度，m；q—单元在液体中的浮重，m；D—管柱外径，mm；?1,?2,?—分别为管柱下端、上端和单元微段平均井斜角，rad；m,n—分别为副法向和主法向矢量；Fp1,Fp2,Fp3...Fpn—封隔器跨封段在各种封隔器作用下的受力，其中n为跨封段数量，等于封隔器数减一，起、下管柱工况时，跨封段按普通管柱处理，坐封、压裂工况根据具体的施工条件计算，作为管柱总体受力的边界条件。2.2工况类型划分本文主要针对下管柱、坐封、压

8、裂、起管柱等工况进行研究，其中下管柱与起管柱的工况与常规不分段压裂的受力分析方法相同，坐封与压裂工况分别根据跨封段的受力分析进行相关的计算与校核。2.3跨封段受力分析2.3.1坐封时跨封段管柱的受力分析假设：（1）采用液压坐封封隔器；（2）水平井分段压裂采用液压封隔器同时坐封。坐封时水平跨封段管柱受力如图1所示，结合管柱力学基本方程，主要考虑如下受力分析与计算。（1）根据