【正文】 多相流自編的程序計算。（3）溫度效應(yīng)引起的油管長度變化值： （242）式中—鋼材的熱膨脹系數(shù)；—管柱在井深為z處的溫度，℃； —管柱在開井前的溫度，℃；膨脹效應(yīng)引起形變量為： （243）式中—泊松比；—彈性模量，?。弧凸芡鈴?，；—油管內(nèi)徑，總變形量為： （244）溫度效應(yīng)和鼓脹效應(yīng)綜合力為： （245）（4）虛構(gòu)力： （246）如果，則不會發(fā)生螺旋彎曲。（1）管柱自重變形： （253）式中— 重力引起的伸長量，m；— 油管線密度，kg/m； — 楊氏模量，Pa；— 油管內(nèi)徑，m；— 油管外徑，m；— 油管長度，m；— 第I段長度，m；— 第I－1段長度，m。 （259） （5）螺旋彎曲效應(yīng)變形 （260）式中— 螺旋彎曲效應(yīng)形變量，m；— 油套之間徑向間隙，m；— 螺旋彎曲效應(yīng)力或稱為虛構(gòu)力，N；— 楊氏模量，Pa；— 油管橫截面慣性矩，m4 （261）— 油管外徑，m；— 油管內(nèi)徑，m；—單位長度油管內(nèi)液體的重量，kg/m （262） （263） — 平均單位長度油管重量，kg/m； — 油管內(nèi)液體單位高度重量，kg/m； — 環(huán)空中液體單位高度重量，kg/m；— 油管內(nèi)流體密度，kg/m3；— 環(huán)空內(nèi)流體密度，kg/m3；— 油管內(nèi)面積，m2；— 油管外面積，m2（6）粘滯摩阻力使管柱產(chǎn)生形變量： （264） 式中— 摩阻力，N；— 摩阻系數(shù)；— 流體密度，kg/m3；— 流體流速，m/s；— 油管內(nèi)徑，m；— 油管外徑，m；— 油管段長度，m?！?流體摩阻力形變量，m；對于封隔器限制管柱移動的的管柱，如果四大基本效應(yīng)引起的形變量超過伸縮節(jié)的伸縮范圍，超出的那部分形變量將會轉(zhuǎn)化為兩端固定管柱上的力，需要通過計算確定該力能否導(dǎo)致封隔器解封[21]。但若四種基本效應(yīng)產(chǎn)生的形變量過大，大于伸縮短節(jié)的行程，出現(xiàn)插入量過大，導(dǎo)致膠筒和封隔器密封性受到破壞。第三章 深井油井管柱安全校核油管柱要滿足經(jīng)濟、安全兩個要求：（1）能夠達(dá)到開發(fā)油藏的要求，獲得較高產(chǎn)量，獲得最佳經(jīng)濟效益。油管柱的強度包括：抗外擠、抗內(nèi)壓、管體和接箍的屈服強度。API定義：%時的所需要的拉應(yīng)力。施工過程中對油管柱進(jìn)行校核計算所得到的安全系數(shù)要小于許用安全系數(shù)，許用系數(shù)是衡量深井采油管柱安全性和經(jīng)濟性的標(biāo)準(zhǔn)。若許用應(yīng)力大于或等于計算得到的各種最大應(yīng)力（最大外擠應(yīng)力、最大內(nèi)壓應(yīng)力、最大絲扣連接屈服力）或當(dāng)量應(yīng)力幅，則判定該深井油管處于安全狀態(tài)。即： （31）式中 — 油管正常工作時承受的疲勞應(yīng)力幅（或當(dāng)量應(yīng)力幅），MPa；— 許用疲勞應(yīng)力幅，MPa。綜合考慮管柱安全和經(jīng)濟性、理論以及現(xiàn)場施工經(jīng)驗（油管壽命和新舊程度），安全系數(shù)可?。?；、。從經(jīng)濟性，節(jié)約資源和成本角度出發(fā)，結(jié)合計算的安全系數(shù)，油管鋼級應(yīng)按以下從低到高的順序選取：J55→N80→C90→T95→P110→Q125等。根據(jù)油管外徑與厚度比（徑厚比）的不同，在外擠壓力作用下油管的破壞分為：（1）失穩(wěn)破壞：徑厚比較大（）時，在外壓力達(dá)到某一臨界值時油管彎曲變形被擠扁；（2）強度破壞：徑厚比較?。ǎr，在外壓力達(dá)到某一值時油管管壁發(fā)生強度破壞。在實際施工過程中，若環(huán)空中充滿壓井液，管內(nèi)處于掏空狀態(tài)，此時管柱外擠應(yīng)力是最大的，也是最危險的情況。環(huán)空液柱對油管柱的外擠壓力： （33）式中— 油套環(huán)空保護(hù)液對油管的外擠壓力，MPa；— 油套環(huán)空液密度，kg/m3；— 計算點垂直井深，m。、。隨著開發(fā)的不斷進(jìn)行，油層壓力逐漸降低，地層能量不足，就要通過注水注氣來補充地層能量。注水壓力不能過大，不能壓裂地層，注水壓力極限應(yīng)小于地層破裂壓力的85%。油管柱承受的最大內(nèi)壓： （34）式中— 油管承受最大內(nèi)壓，MPa；— 壓梯度，MPa/m；— 油氣層埋深，m?？箖?nèi)壓應(yīng)力是指最大內(nèi)壓力達(dá)到油管材屈服極限的最小值。常用的管柱抗內(nèi)壓強度為：。該點受到的作用力主要包括：油管浮重、摩阻力、彎曲力、封隔器作用力。井口油管受到的軸向壓力最大，作為絲扣連接屈服強度校核點。對于封隔器允許管柱自由移動的管柱，也就是井內(nèi)條件發(fā)生變化時，管柱的密封段可以在密封腔內(nèi)來回自由移動的管柱，封隔器對深井采油管柱不會產(chǎn)生力的作用。圖31 密封段移出密封腔，造成封隔器竄漏[24]校核和分析自由移動封隔器采油管柱的受力。（如圖31）；（2）管柱承受的壓縮應(yīng)力不能過大，否則會造成深井采油管柱的永久性螺旋彎曲；管柱承受的張力也不能過大，否則也會損壞油管柱。對于第一個問題，要準(zhǔn)確計算出井內(nèi)條件變化所引起的油管柱的變形量，從而確定下端密封段的長度和密封腔的長度。對于第二個問題，就是通過合理準(zhǔn)確的計算來選擇插管密封腔的直徑，深井油管柱的直徑以及確定合理安全的施工參數(shù)，保證插管和管柱有足夠的強度從而確保施工過程中各個環(huán)節(jié)的安全。但要通過計算確定合理的伸縮節(jié)長度，管柱的形變量不得超過伸縮節(jié)的行程，否則封隔器會自行解封，不能保證施工過程中的安全性。所謂第四強度理論是指利用公式計算出的相當(dāng)應(yīng)力要滿足各單向應(yīng)力強度。（5）相當(dāng)應(yīng)力根據(jù)第四強度理論，相當(dāng)應(yīng)力計算公式為： （311）式中—相當(dāng)應(yīng)力，；—軸向應(yīng)力，；—徑向應(yīng)力，；—切向應(yīng)力，；—彎曲應(yīng)力，；—剪切應(yīng)力。在實際施工過程中由上式計算得到的安全系數(shù)要大于許用安全系數(shù)，只有當(dāng)所有危險截面點都大于許用安全系數(shù)，才能保證施工的安全。因此進(jìn)行管柱優(yōu)化設(shè)計，從而確定合理的極限操作參數(shù)，該項工作是十分有必要的[25]。表46為強度校核的安全系數(shù)極限[25]。所用油管內(nèi)徑，外徑，封隔器密封腔面積，線重，密度，水的密度，原油相對密度，天然氣相對密度，含水率，彈性模量，泊松比，摩擦系數(shù)，熱膨脹系數(shù)，井底流壓，產(chǎn)量。、溫度分布（為一段）圖41 該井井筒溫度分布由井筒多相流計算程序得：℃，℃.圖42 該井油壓分布由井筒多相流計算程序得：，井底流壓30Mpa，油層壓力45Mpa。（1）自重變形： （41）自重變形在入井時已經(jīng)發(fā)生，下步計算不用再考慮。中和點距井底的深度： （413）因為所以（414）總的形變量： （417）圖45 該井各種因素下變形量下井前已考慮到管柱的自重效應(yīng)，因此為了防止封隔器損壞造成井下事故，伸縮節(jié)的長度要大于4m。 （424） （425）（2）截面處接觸支反力： （426）（3）截面處的彎矩為： （427）（4）彎矩產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力： （428）（5）接觸支反力產(chǎn)生的剪切應(yīng)力： （429）（6）軸向力產(chǎn)生的軸向應(yīng)力：（429）（7）內(nèi)壓、外壓產(chǎn)生的徑向應(yīng)力： （430）（8）內(nèi)壓、外壓產(chǎn)生的軸向應(yīng)力：（431）（9）根據(jù)第四強度理論，相當(dāng)應(yīng)力：（432）井深m剪切應(yīng)力Mpa彎曲正應(yīng)力Mpa軸向應(yīng)力Mpa徑向應(yīng)力Mpa周向應(yīng)力Mpa相當(dāng)應(yīng)力Mpa0005000010000015000020000025000030000035004000450030表49 不同井深處管柱相當(dāng)應(yīng)力圖47 第四強度理論校核安全系數(shù)，滿足安全要求。將計算過程編程。給出了相應(yīng)的計算公式。建立了深井測試管柱力學(xué)模型。分別從單向應(yīng)力和第四強度了理論的角度對深井油管柱進(jìn)行了強度校核。提高深井生產(chǎn)作業(yè)的安全性和成功率（4）深井管柱的受力分析和計算是設(shè)計和校核管柱強度、選擇作業(yè)工具、確定施工參數(shù)的前提和基礎(chǔ)，是保證深井生產(chǎn)作業(yè)的安全和成功的必做的工作。計算帶封隔器的管柱的載荷和變形要綜合考慮管柱屈曲和封隔器的約束。證明了模型的可靠和實用性。 Completion, 1996, 11(3): 178184..[15]王祖文,林玉璽,[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2007(6):105109.[16]唐海雄,張俊斌,汪順文,[J].石油機械,2010(5):9193+98.[17]劉琦,蔣建勛,石慶,[J].斷塊油氣田,2007(1):6466+96.[18]杜現(xiàn)飛,王海文,王帥,[J].石油礦場機械,2008(8):3338.[19]居迎軍,劉曉光,高永亮,[J].中國石油和化工,2008(10):5558.[20]高寶奎,[J].石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002(6):5456+8.[21] Hammerlindl D J. 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