[发明专利]一种连续油管下入水平井的力学分析方法

权利要求书

1.一种连续油管下入水平井的力学分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据井眼轨迹和连续油管微元的受力平衡条件，计算连续油管的内外压等效作用后的合成内力、连续油管单位长度的合成外力、连续油管集中内力矩以及连续油管单位长度的分布外力矩并带入连续油管微元的平衡方程，得到水平井连续油管轴向载荷力学模型；

S2：求解水平井连续油管轴向载荷力学模型，得到连续油管的有效轴向力、连续油管所受的摩擦力、连续油管所受的扭矩以及连续油管与套管内壁之间的接触正压力；

S3：根据连续油管屈曲临界载荷和求解水平井连续油管轴向载荷力学模型的结果，判断连续油管下入水平井时是否会发生屈曲行为；

其中，井眼轨迹用井斜角、井斜变化率、方位变化率、井眼曲率以及井眼挠率描述。

2.根据权利要求1所述的连续油管下入水平井的力学分析方法，其特征在于，连续油管微元的平衡方程为：

式中，为连续油管管柱单位长度s的分布外力矩，为连续油管管柱单位长度的合成外力，为连续油管内外压等效作用后的合成内力，为连续油管微元的集中内力矩，为连续油管切线方向单位矢量。

3.根据权利要求2所述的连续油管下入水平井的力学分析方法，其特征在于，连续油管管柱单位长度的分布外力矩为：

式中，μ为流体的动力粘度，R为连续油管外半径，D_w为井筒直径，N为连续油管与套管内壁之间的接触正压力，v为连续油管运动速度，ω为连续油管旋转角速度，τ_f为流体的剪应力。

4.根据权利要求2所述的连续油管下入水平井的力学分析方法，其特征在于，连续油管管柱单位长度的合成外力为：

式中，为连续油管微元上的均布接触力，为连续油管的浮重，为连续油管内压的等效分布载荷、为连续油管外压的等效分布载荷。

5.根据权利要求4所述的连续油管下入水平井的力学分析方法，其特征在于，连续油管微元上的均布接触力为：

连续油管的浮重为：

连续油管内压的等效分布载荷为：

连续油管外压的等效分布载荷为：

式中，和分别为连续油管切线方向单位矢量、主法线方向单位矢量和副法线方向单位矢量，μ_α为轴向上的摩擦系数，μ_t为切向上的摩擦系数，N为连续油管与套管内壁之间的接触正压力，N_n为连续油管与套管内壁之间主法线方向上的接触压力，N_b为连续油管与套管内壁之间副法线方向上的接触压力，f_λ为连续油管内、外流体对连续油管的粘滞阻力，q_m为连续油管单位长度浮重，α为井斜角，k_α为井斜变化率，为方位变化率，k为井眼曲率，ρ_i为连续油管内流体密度，ρ_o为连续油管外流体密度，A_i为连续油管内截面积，A_o为连续油管外截面积，g为重力加速度。

6.根据权利要求2所述的连续油管下入水平井的力学分析方法，其特征在于，连续油管内外压等效作用后的合成内力为：

式中，为连续油管微元的集中内力，为连续油管内压等效的轴向压缩载荷，为连续油管外压等效的轴向载荷。

7.根据权利要求6所述的连续油管下入水平井的力学分析方法，其特征在于，连续油管微元的集中内力为：

连续油管内压等效的轴向压缩载荷为：

连续油管外压等效的轴向载荷为：

式中，A_i为连续油管内截面积，A_o为连续油管外截面积，和分别为连续油管切线方向单位矢量、主法线方向单位矢量和副法线方向单位矢量，T为连续油管的轴向力，Q_n为连续油管主法线方向上的剪切力，Q_b为连续油管副法线方向上的剪切力。