[发明专利]一种连续油管下入水平井的力学分析方法

说明书

本发明公开了一种连续油管下入水平井的力学分析方法，包括以下步骤：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；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，判断连续油管在下入水平井时是否会发生屈曲行为。本发明建立水平井连续油管轴向载荷力学模型时考虑了井眼轨迹，判断连续油管下入水平井时是否发生屈曲行为更准确，保证连续油管能够成功下入水平井。

技术领域

本发明涉及连续油管作业技术领域，特别是涉及一种连续油管下入水平井的力学分析方法。

背景技术

连续油管具有作业成本低、效率高、作业便捷、范围广等特点，在石油行业内有“万能作业机”之称。修井作业应用连续油管往往能起到降低成本的作用，且使用连续油管能够降低作业设备的数量，特别是在海洋平台，往往能节约平台本就狭窄的作业面积，也能提高作业设备的运移效率。连续油管是由一根一根柔性管柱焊接组成的，它和常规的管柱相比其刚度较小，在连续油管下入水平井井底的过程中容易发生屈曲行为，导致连续油管不能成功下入。为了保证连续油管能够成功下入水平井，在连续油管下前需要对其进行力学分析，以判断连续油管下入水平井过程中是否会发生屈曲行为。现有技术主要对连续油管下入过程中的力学特性以及对连续油管下入深度预测进行了分析研究，但无法准确判断连续油管下入水平井过程中是否会发生屈曲行为。

发明内容

本发明的目的在于针对：连续油管下入水平井过程中是否会发生屈曲行为无法准确判断的问题，提供一种连续油管下入水平井的力学分析方法，在连续油管下入水平井前准备判断是否发生屈曲行为，保证连续油管能够成功下入水平井。

为了实现上述目的，本发明提供了一种连续油管下入水平井的力学分析方法，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，判断连续油管在下入水平井时是否会发生屈曲行为。

本发明根据井眼轨迹和连续油管微元的受力平衡条件建立水平井连续油管轴向载荷力学模型，求解模型得到连续油管的有效轴向力，根据连续油管屈曲临界载荷和求解模型得到连续油管的有效轴向力，判断连续油管下入水平井时是否发生屈曲行为，其中建立水平井连续油管轴向载荷力学模型时考虑井眼轨迹的影响，判断连续油管下入水平井时是否发生屈曲行为也更准确，保证连续油管能够成功下入水平井。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，连续油管管柱单位长度的合成外力为：