多封隔器管柱力学行为分析与安全性评价.pdf

分类号 学号151020099
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全 日 制 学 术 型
硕 士 学 位 论 文






题目 多封隔器管柱力学行为分析
与安全性评价
作者姓名 李 浩
导师姓名、职称 曹银萍 副教授
学科(专业)名称 机械制造及其自动化
提交论文日期 2018 年 5 月 30 日
论文题目：多封隔器管柱力学行为分析与安全性评价
专 业：机械制造及其自动化
硕 士 生：李 浩(签名)
导 师：曹银萍(签名)

摘 要
井内温度和压力的变化，会使管柱发生轴向变形。对于带有封隔器的管柱而言，当
封隔器在井下坐封后，这种轴向变形会转化为管柱上的轴向力，严重时会影响管柱的强
度安全性。因此，为了确保井下作业管柱的安全，需要对各个封隔器之间管柱段上的轴
向力以及轴向变形进行分析研究。
由于封隔器坐封后的管柱是一种超静定结构，用传统公式分段逐段计算管柱上的轴
向力与轴向变形不够精确。因此，本文充分考虑封隔器管柱的多次超静定结构，首先运
用力法对三封隔器管柱进行了力学分析，推导了温度效应和鼓胀效应下三封隔器之间的
两段管柱轴向力及轴向变形计算公式；进一步运用力法对四封隔器管柱进行了力学分析，
推导了两种效应下四封隔器之间的三段管柱轴向力及轴向变形计算公式；最后根据三封
隔器管柱和四封隔器管柱的分析方法和过程对多封隔器管柱进行了力学分析，建立了多
封隔器管柱的轴向力通用计算模型。
在本文推导的管柱轴向力和轴向变形计算公式的基础上，分析了传统计算公式与本
文计算公式之间的差值，并分别以三、四、五封隔器管柱为例进行了算例分析，计算结
果表明：压力对管柱安全的影响大于温度对管柱安全的影响；温度对管柱轴向变形的影
响大于压力对管柱轴向变形的影响；两种算法之间的差值与井底温度变化量和井口管柱
内压力变化量的大小无关，仅与封隔器管柱段的长度有关，并且管柱的长度越长，两种
算法之间的差值越大；某段管柱的长度增加时，仅会对其后管柱的轴向应力差值及轴向
变形差值产生影响。综上，本文推导的多封隔器管柱轴向力计算模型将有助于降低多封
隔器管柱在井下发生事故的风险，可为封隔器管柱的改进设计以及制造等方面提供指导。

关 键 词：多封隔器管柱 超静定结构 力法 力学分析 安全性评价
论文类型：基础研究

（本文得到国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发“库车坳陷深层-超深层天然气田
开发示范工程（编号：2016ZX05051-19）”的资助）
II
Subject ： Mechanical Analysis and Safety Evaluation of Multi-packer String
Speciality： Mechanical Manufacturing and Automation
Name ： Li Hao (signature)
Instructor：Cao Yinping (signature )

ABSTRACT
Changes in temperature and pressure in the well will cause axial deformation of the string.
However, for a string with packer