本文来源于塔里木油田合作项目——拟侧钻井侧钻可行性分析,用理论分析和ANSYS有限元仿真研究了未封固套管柱在井眼中的屈曲行为。当未封固套管柱发生屈曲时,套管沿着井壁弯曲,导致附加力和附加弯矩,若套管变形过大,会降低套管的抗破能力,削弱套管螺纹的联接强度,研究未封固套管柱的屈曲变形对侧钻井的可行性具有重要的意义。本文以未封固套管柱为研究对象,在考虑套管柱自重、套管内外流体压力、井内温度、套管柱与井壁之间的接触力以及摩擦力的条件下,通过经典微分方程法和能量法推出了未封固套管柱在井眼中的屈曲微分方程。(1)通过摄动法和能量法求解屈曲微分方程,对未封固套管柱正弦屈曲与螺旋屈曲两种失稳变形状态进行了研究。得到了套管柱正弦屈曲和螺旋屈曲构型沿管柱变化的解析解,对相应屈曲微分方程进行数值计算,结果表明了屈曲微分方程的解析解与数值解一致。(2)将屈曲微分方程无因次化,确定了正弦屈曲与螺旋屈曲的临界载荷。并对未封固套管柱的载荷、应力和变形进行了分析,包括套管柱与井壁的接触力、套管柱受到的轴向载荷、套管柱弯矩、套管变形等。在理论分析的基础上,通过参数化与命令流,使用有限元分析软件ANSYS直接建立了在井眼中的未封固套管柱的有限元仿真模型,以及套管与接箍间的螺纹模型。(1)对建立的未封固套管柱模型进行了静力学分析和屈曲分析,分析了套管柱与井壁的接触力和摩擦力以及套管的变形。(2)与屈曲微分方程的解比较证实了本文模型及分析方法的合理性。(3)对建立的螺纹模型进行了分析,适当的接触力有利于螺纹的密封,但是过大的接触力会使螺纹从啮合开始处发生脱扣,降低密封能力。