[发明专利]一种分支井座挂系统衬管的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种设计方法，特别是关于一种石油开采过程中分支井座挂系统衬管的设计方法。

背景技术

采用径向变形管的分支井座挂技术，是一种新兴的石油工程技术，现已被世界不同地区接受，并显示出良好应用前景。径向变形管分为实体径向变形管和割缝径向变形管，实体径向变形管主要用于老井的套管修补、侧钻以及多种类型的油井建井；割缝径向变形管主要用于封隔复杂层段、代替常规割缝衬管和防沙。采用径向变形管的分支井座挂技术的原理为，先利用座放装置将可径向变形的衬管下入井内；再根据金属的弹、塑性变形原理，在井下环境中通过扩径锥对衬管使用冷拔工艺，使其直径扩展到所需要的尺寸。径向尺寸精确、长度足够的衬管在径向变形后紧贴井壁，这样分支井座挂系统就足以抵抗已产生的底层坍塌和应力。

在实际应用中，对座衬管长度和材料的选择是一个关键性的问题。首先，为了使衬管在指定位置保持相对静止，需要合理地确定衬管的长度。其次，分支井座挂系统的套管和衬管通常为不同的材料，对于应力承受的大小也不同；为了确保座挂衬管达到塑性极限之后，套管的形变仍能在弹性范围之内，那么就要对它们的选材方法进行一些设计。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种通过对衬管和套管进行受力分析得一种应用方便、快捷、科学可信的分支井座挂系统衬管的设计方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种分支井座挂系统衬管的设计方法，它包括设置在套管内的衬管材料的择和衬管长度的选择；

所述衬管材料的选择满足以下公式：

Pβ1=σs1lncb+σs2lnba=Pβ1+Pβ2;]]>

所述衬管长度的选择满足以下公式：

l≥G2πb·μPβ]]>

其中P_β为分支井座挂系统的塑性极限应力，b为套管内半径，c为套管外半径；a为衬管内半径，b为衬管外半径，σ_S1为套管材料的屈服强度，σ_S2为衬管材料的屈服强度；l为衬管长度，G为座挂工作负荷，μ为衬管2与套管1之间的摩擦系数。

其中公式l≥G2πb·μPβ]]>是基于力平衡原理推导而来，即座挂负荷和衬管与套管之间的摩擦力大小相同方向相反，衬管外壁面积S＝2πbl，正压力N＝P_β·S，则摩擦力f：

f＝μN＝μP_βS＝2πbμP_βl

由于G＝f，则可得出衬管的临界长度，