连续油管力学特性分析与疲劳寿命研究

本文是在川庆钻探工程有限公司井下作业公司《连续油管作业优化决策系统软件数学模型建立与求解模块研究》科研项目的资助下完成的,本文属于该项目的部分研究内容。随着连续油管(CT)技术和钻井技术的发展,近年来该技术已经成为国外钻井技术的热点。研究、开发以及推广连续油管作业技术对石油勘探开发具有重要的意义。本文重点对连续油管屈曲及轴向载荷传输、力学强度及工作疲劳寿命进行分析,完成工作或取得的成果如下：(1)通过对比能量法所推导出的连续油管变形微分方程与根据静力平衡法所推导的连续油管的变形微分方程结果,发现两者结果相同,证明了变形微分方程的合理性。分别对处于斜井段、垂直井段的连续油管进行临界屈曲载荷分析,得到连续油管的临界屈曲载荷。(2)建立了连续油管屈曲力学特性计算、强度计算、伸长量计算、卡点计算的数学模型以及连续油管强度数据库,与此同时,基于连续油管的危险点应力、等效应力以及其疲劳失效准则,建立了连续油管疲劳寿命预测模型,为连续油管力学强度分析软件开发提供了数学模型和数据库。(3)建立了连续油管力学数学模型的求解和算法,开展了连续油管作业管柱屈曲及轴向载荷分析、连续油管作业起下过程中各点受力以及关键节点连续油管轴向载荷、连续油管抗内压强度分析及挤毁压力计算、连续油管螺旋锁定的判定模型研究,建立了连续油管疲劳寿命预测模型。(4)基于本文建立的连续油管管柱力学模型与疲劳寿命预测数学模型为基础,开发了具有自主知识产权的连续油管力学分析软件。该软件可以直观判断连续油管在不同井段的屈曲形式,计算连续油管的挤毁屈曲载荷,并对连续油管的疲劳寿命的进行预测分析。(5)本文开发的软件得到了现场应用、测试和完善,完成了威远H3-1、白浅203-H1等14口井的软件测试计算,计算结果与现场实际施工工况结果符合率达到92%以上,能够有效指导连续油管施工。