封隔器管柱受力分析.ppt

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1、封隔器管柱受力分析主要内容一、管柱的四种效应二、管柱水力损失三、管柱受力分析管件（钢材）抗内压、抗外挤与抗拉伸强度的影响因素：⑴、材料因素。相关参数有屈服极限（δs，MPa）、弹性模量（E，MPa）、泊松比（μ）、线膨胀系数（β，1/℃）和密度（γ，g/）等⑵、外形尺寸。相关参数有外径（D，mm）、内径（d，mm）、长度（L，m）⑶、环境因素：包括外力、自重、环境介质等。一、管柱的四种效应1、管柱强度——影响因素⑴、薄壁管（D/δ>14）抗内压：（1-1）式中：P2—抗内压，MPa；δ—管子壁厚，mm；n—安全系数，一般取0.875。⑵、厚壁管（D/δ<1

2、4）抗内压：第三强度理论：（1-2）第四强度理论：（1-3）式中：n—安全系数，一般取1.5，最低1.15。一、管柱的四种效应1、管柱强度——抗内压强度⑴、薄壁管（D/δ>14）：（1-4）式中：P1—抗外挤压力，MPa；n—安全系数，一般取0.75。⑵、厚壁管（D/δ<14）：（1-5）⑶、管柱允许最大掏空度计算：（1-6）式中：L—允许最大掏空度，m；ρ—压井液密度，g/cm3如N80的27/8管抗外挤64.9MPa，其在清水介质中的最大掏空深度为6618m。一、管柱的四种效应1、管柱强度——抗外挤强度⑴、抗滑扣载荷计算：（1-7）式中：F—抗拉载荷，

3、KN；t—丝扣深，mm。⑵、管体抗拉载荷：（1-8）⑶、管柱最大下入深度计算：保证不滑扣、管体不不拉断如27/8″TBG油管（N80，d=62mm）丝扣抗拉极限为469.5KN；27/8″UPTBG油管（N80，d=62mm）管体抗拉极限为644.7KN；一、管柱的四种效应1、管柱强度——抗拉载荷计算（1）、虎克定律效应（2）、螺旋弯曲效应（3）、压力效应（4）、温度效应2、管柱的四种效应一、管柱的四种效应应力与变形成正比（1-9）管柱在弹性极限范围内，由于受自重力或者外力的作用，将产生拉伸或压缩变形。端部外力作用：（1-10a）管柱自重：（1-10b）式

4、中：ΔL1—变形量，m；k—浮力系数，0.8726；q—管柱平均单位长度重量，kg/m。如27/8油管（内径φ62mm）外力作用：ΔL1=4.16×10-6FL（m）；自重拉伸：ΔL1=1.7×10-7L2（m）2、管柱的四种效应—虎克定律效应一、管柱的四种效应例：管柱深3000m，底部受拉伸（压缩）力分别为10KN、100KN，油管内、外径φ62mm、φ73mm，井内为清水，浮力系数k为0.8726。则外力作用10KN时：ΔL1=4.16×10-6FL（m）=0.1248（m）；外力作用100KN时：ΔL1=4.16×10-6FL（m）=1.248（m）

5、；管柱自重拉伸：ΔL1=1.7×10-7L2=1.53（m）2、管柱的四种效应—虎克定律效应一、管柱的四种效应支撑式或卡瓦式封隔器的座封是靠上部油管的自重载荷来压缩封隔器胶筒而保持密封的。在封隔器上部的一部分油管在压缩力作用下呈螺旋弯曲状态，称螺旋弯曲效应。一、管柱的四种效应2、管柱的四种效应—螺旋弯曲效应（1）、螺旋弯曲引起的管柱长度的缩距：一、管柱的四种效应2、管柱的四种效应—螺旋弯曲效应（1-12a）或（1-12b）式中：F0—管柱松弛载荷，即指重表下降载荷，KN；L0—中和点至封隔器（卡瓦）长度，m；rT—套管内半径，mm（2）、重力座封封隔器座封

6、力F2计算（经验公式）：一、管柱的四种效应2、管柱的四种效应—螺旋弯曲效应（1-13a）（1-13b）不考虑中和点在井口以上的浅井情况当ΔL2≤0.045m时：当0.045≤ΔL2≤0.3556m时：当ΔL2≥0.3556m时，F2不随F0变化：（1-13c）（3）、举例：管柱深3000m，指重表下降分别为10KN、100KN，油管内、外径φ62mm、φ73mm，管重9.41kg/m，套管内径φ121.4mm，井内为清水，浮力系数k为0.8726。则根据公式（1-12a），有：Δr=24.2mm，J=668663.7当F0=10KN时ΔL2=0.00066

7、（m）；当F0=100KN时ΔL2=0.066（m）讨论：当卡瓦封隔器座封时，座封力一般应有80—120KN，0.045≤ΔL2≤0.3556m，根据公式（1-13b），可计算封隔器有效座封力为（假设地面加载100KN）：F2=88.624KN根据公式（1-13c），可计算封隔器最大有效座封载荷：F2max=116.042KN如采用外径为60.3mm的油管，F2max=77.62KN一、管柱的四种效应2、管柱的四种效应—螺旋弯曲效应管柱内外存在压差，其作用使管柱产生轴向载荷和长度变形，称为压力效应。包括活塞效应、管柱的鼓胀效应和反鼓胀效应。一、管柱的四种效

8、应2、管柱的四种效应—压力效应（1）、活塞效应产生的活塞力：一、管