考虑多因素复合效应的连续油管下入性分析

发布时间：2020-04-15 03:27

【摘要】：连续油管技术被广泛应用于油气田开发的各个领域,由于连续油管质量轻、刚度小、径向尺寸小,在下放作业时会与套管之间形成较大的环空间隙,极易发生正弦屈曲或螺旋屈曲,甚至产生自锁现象,导致下入困难。因此,本文考虑多因素复合效应,对连续油管下入性进行分析。本文围绕连续油管的力学特性,探索管柱产生屈曲构型的机理。采用三次样条插值方法,对井斜角α、方位角?、井深L等描述井眼轨迹空间挠曲形态的参数进行曲线拟合;以QT-900系列连续油管作为研究对象,综合考虑微元段管柱浮重、与井壁间摩擦力、管内外流体粘滞阻力、管内外流体动静压力等多种因素的复合作用,推导求得连续油管轴向力学模型;建立连续油管下入性判定准则,以φ38.1mm连续油管为例,根据下入性判定准则研究其在不同水垂比井身结构中的极限下入深度。结果表明:当连续油管满足3个下入性判定准则时可下入;当井眼垂直段长度超过2000m时,连续油管在不同水垂比井眼中的极限下入深度值变化不大。为提高连续油管下入性,运用Inventor三维建模软件和Ansys有限元分析软件对连续油管牵引器进行了整体方案创新设计和关键零部件校核,并加工制造出应用于5.5"套管用液压驱动伸缩式牵引器样机,可为连续油管提供的最大牵引力为10kN。对牵引器各机构参数设计准确性和运行可靠性进行验证,结果表明:当连续油管牵引器提供附加牵引力时,φ38.1mm、φ44.5mm、φ50.8mm、φ60.3mm四种规格连续油管在水平段的最大下入深度分别为1328m、1107m、973m、810m,即极限下入深度均有提高。
【图文】：

内关于管柱下入性的研究还不太成熟，长庆油田分公司以实际钻井的井眼为计算基础，同时结合井眼几何关系，研究了大斜度井井下工具不考虑弯的通过能力[57]。祝效华等基于弹塑性理论，采用数值模拟方法，建立弯曲限元模型，同时分析了该套管在不同曲率、扩眼率和载荷情况下的变形、移，分析了不同参数对管柱下入性的影响，，同时给出套管在水平井弯曲段]。曲永哲考虑了套管柱在下入井眼水平段和弯曲段中的特殊情况，针对水元进行了力学分析，建立了水平井套管模型用于计算套管下入时的钩载及出套管下入边界条件和计算实例，对理论结果进行了误差分析[59]。井下牵引器研究现状下牵引器由驱动方式不同主要分为轮式井下牵引器、伸缩式井下牵引器、等。式牵引器是通过可张开和收合的支撑臂将爬行轮撑到管壁上，转动的爬行向前移动。Welletc 公司的轮式水平井牵引器如图 1-1 所示，其动力源为电，由直流电机控制的顺序控制系统驱动爬行轮，轮子自动旋转实现牵引机[60]。

图 1-2 Sondex 轮式牵引器牵引器一般通过两组或多组可张开和收合的抓靠臂交替支撑到管管壁上保持静止，另一组由油缸或电机带动相向或相背滑动，实定向移动。Smartract 伸缩式牵引器如图 1-3 所示，采用两组可滑上双方向移动的方式，通过电机驱动液压泵来提供动力，顺序张图 1-3 SmarTract 伸缩式牵引器 公司的牵引器[62]由电缆接头、上下抓靠臂、伸缩筒组成，抓靠臂过伸缩方式，实现两组抓靠臂在仪器上相向(或相背)运动，借助结构如图 1-4 所示。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE931.2

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本文编号：2628076