本文在收集分析国内外有关井下油管柱力学分析、计算资料的基础上,开展了井下管柱力学分析及优化设计研究。以单一、复合光油管柱,单封隔器单一、复合管柱,双封隔器单一、复合管柱为重点,建立力学分析模型。针对油管柱—封隔器系统的活塞、螺弯、温度、鼓胀等四种基本效应进行分析,同时根据现场工艺特点进行了温度场和压力场的研究。计算在不同温度、压力工况下管柱不同节点的应力、位移和温度的时间响应历程。本文研究工作结合哈萨克斯坦扎那若尔油田的生产实际需要,也是海外协助项目“扎那若尔油气田井下管柱优化设计研究”和国内合作项目“酸压、注水等工艺管柱力学分析和优化设计研究”的主要研究工作部分。本次研究旨在形成一整套符合现场应用需求的油管柱—封隔器系统力学分析理论及安全强度计算、校核和评价体系。为保证油管柱—封隔器系统的井下工作性能,优化结构设计,提高井下作业成功率提供理论依据和方法。本文结合生产实际主要开展了以下几方面的研究工作: 1.收集、调研和分析国内外管柱力学研究的文献和资料,结合国内外油田生产需要提出具体研究方案; 2.以著名学者Lubinski、Woods、Hammerlindle等人的管柱力学分析经典理论为基础,建立复杂管柱力学分析模型; 3.根据高温高压深井的复杂井况,结合管柱施工工艺,应用热传导理论,建立温度场计算模型;建立压力场计算模型,运用流体力学解决油水井管柱液体摩阻问题; 4.目前油管柱—封隔器系统在完井防腐油管规格选取方面,尚未见成熟标准做法。本文结合哈萨克斯坦扎那若尔油田含H₂S、CO₂腐蚀较高的实际情况,按油管柱强度理论计算了油管柱的安全性指标,为完井后生产措旖管柱设计计算提供理论依据。 5.依据扎那若尔油田油井的井深、温度、压力、腐蚀介质含量等因素,通过计算分析,优选出适合该油田的油管型号、油管尺寸; 6.调研目前扎那若尔油田使用的压裂、酸化、注水、采油、气举等工艺管柱,并分析存在问题,利用管柱力学分析研究方法和成果,优选设计出适合扎那若尔油田使用的生产、作业管柱; 本文通过对井下油管柱—封隔器系统力学强度计算理论的研究,找到了油田常用管柱在压裂、酸化、注水等工艺要求下的应力、变形计算方法。首次实现将油管柱-封隔器作为一个系统,针对油田特殊要求,从完井油管选型、设计开始,对其强度和安全性能以及油井投产后便于措施改造的油管柱的力学分析和优化措施改造工艺方案等几个方面,进行了系统分析和计算。开展了温度场和压力场计算分析研究,实现计算任意段复合管柱、任意种液体介质、任意点温度和压力值,以适应温度和压力随