[發明專利]一種完井封隔器卡瓦段套管極限承載能力計算模型與方法

有效

• 申請號: 201610789710.6
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106326667B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 仝少凱;王祖文;岳艷芳;白明偉;溫亞魁;徐俊芳
• 申請（專利權）人: 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張培勛

本發明涉及一種完井封隔器卡瓦段套管極限承載能力計算模型與方法，其特征是：包括如下步驟：1)完井封隔器卡瓦段套管力學模型求解；2)完井封隔器卡瓦段套管等效應力分析；3)完井封隔器卡瓦段套管極限承載能力計算；4)獲取完井封隔器卡瓦段套管內徑、壁厚、幾何參數、鋼材屈服強度以及完井封隔器卡瓦長度、片數、楔角、牙面半角和橫向載荷系數；5)依據上述參數，根據式(29)計算模型計算完井封隔器卡瓦段套管的極限承載能力；6)根據上述完井封隔器卡瓦段套管極限承載能力的計算結果，進行完井、固井工程套管柱的彈性設計分析。它適用于高難度復雜井完井、固井工程套管柱的彈性設計分析中。

技術領域

本發明涉及一種完井封隔器卡瓦段套管極限承載能力計算模型與方法，適用于高難度復雜井完井、固井工程套管柱的彈性設計分析中。

背景技術

完井封隔器是實現非均質儲層完井與封隔的關鍵井下工具。近年來，隨著高難度復雜井井深的增加，作用在井下套管和封隔器卡瓦上的載荷隨之加大，封隔器卡瓦段套管的承載能力、強度及穩定性問題日益成為制約高難度復雜井生產安全的重要因素。封隔器卡瓦段套管的力學性能分析是高難度復雜井完井封隔器與套管相互作用分析的重要課題。目前，關于卡瓦內管柱的強度問題，國內外已有部分研究，基本都在徑向力均布或徑向位移相同的假設上進行了卡瓦內管柱的承載能力分析，但都存在一定的問題，有的是精度較差，有的是使用范圍狹窄，而且最明顯的問題是針對鉆桿卡瓦抱緊鉆桿的能力進行分析的。由于封隔器卡瓦和鉆桿卡瓦的形狀、材料、齒形及尺寸明顯不同，所以不能直接借助以往研究結果對封隔器卡瓦段套管的承載能力問題做出較好的說明。

發明人認為在先前的研究中，利用假設載荷沿套管截面圓周均勻分布的厚壁筒理論拉梅公式來求解所提出的問題并不完全正確，因為這不符合封隔器卡瓦片工作時套管表面的載荷分布情況。因此，需要考慮更多因素來修正卡瓦段套管的極限承載能力計算模型，以保證應力計算的精確性而提高套管安全系數。

為此，通過系統研究，考慮封隔器卡瓦上下邊緣的附加彎矩和軸向拉力的影響，根據圓柱形殼體的有矩理論，創新提出一種完井封隔器卡瓦段套管極限承載能力計算模型與方法，以供高難度復雜井完井、固井工程套管柱彈性設計分析使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種能解決目前高難度復雜井完井、固井工程套管柱承載能力計算不準確和彈性設計安全系數過低的問題，以便提高完井封隔器卡瓦段套管的承載能力和安全系數。

本發明的目的是這樣實現的，一種完井封隔器卡瓦段套管承載能力計算模型方法，其特征是：包括如下步驟：

1)完井封隔器卡瓦段套管力學模型求解；

2)完井封隔器卡瓦段套管等效應力分析；

3)完井封隔器卡瓦段套管極限承載能力計算；

4)獲取完井封隔器卡瓦段套管內徑、壁厚、幾何參數、鋼材屈服強度以及完井封隔器卡瓦長度、片數、楔角、牙面半角和橫向載荷系數；

5)依據上述參數，根據式(29)計算模型計算完井封隔器卡瓦段套管的極限承載能力；

6)根據上述完井封隔器卡瓦段套管極限承載能力的計算結果，進行完井、固井工程套管柱的彈性設計分析。

所述的完井封隔器卡瓦段套管力學模型求解包括:

101)，依據如下公式計算卡瓦牙面形狀的完井封隔器卡瓦與套管內壁均勻接觸的徑向壓力：

式中，Q—完井封隔器的軸向載荷，KN；l—卡瓦長度，m；n—卡瓦片數；β_k—卡瓦牙面的半角；d_c—套管內徑，m；K—橫向載荷系數；

102)，根據圓柱形殼體的有矩理論，在徑向均布內壓p_r和軸向載荷Q作用下完井封隔器卡瓦段套管的基本變形微分方程為：