一、軟體的主要功能概述
《測試管柱受力分析設計軟體》基於井眼軌跡，運用現代力學理論和最新演算法編製成的一套集測試井下工具資料庫、測試管柱分析（包括管柱的力學計算，變形分析，安全校核等）、管柱設計為主的應用軟體系統，並形成了一套符合現場應用需求的測試管柱力學分析計算、安全強度評價、校核和設計的體系。
《測試管柱受力分析設計軟體》對井下管柱在受到溫度/壓力及其他因素影響時管柱發生的復合受力和運動變化進行科學計算，校核井下工具和管柱的強度。其計算結果在測試作業實踐中得到檢驗和修正，具有較高的科學性，並為測試、完井、井下作業的使用者提供了較精確的理論指導。
該軟體包括以下六個模組。
1、三維井眼描述模組
隨著國內外水平井、大位移井、深井的迅速發展，對鑽井、採油、措施作業和工藝裝備提出了更高的要求。井眼是井下管柱受力分析的基礎，為了能更準確地計算井眼中管柱軸向各種內力載荷的分布，該模組採用9種不同的數學方法對井眼進行了描述，分別求出井眼曲率、北向位移、東向位移、垂深和水平位移；繪製井身三維軌跡圖，水平檢視和測檢視方便匯入報告中使用。
2、測試管柱組合設計模組
管串結構設計：包括如下4個部分：
(1) 管串工具組配：依次選擇測試管串的主要工具。
(2) 管串結構圖：將管串連線成圖。
(3) 引數確定：移動游標到管串元件，單擊開啟工具庫，選定工具引數，主要引數自動寫到下一頁的資料表中。
(4) 工具引數：依次為前面選擇的工具串引數。單擊「儲存」按鈕，管串圖和工具引數儲存到word文件。
13、測試管柱靜態分析模組
該模組採用了完善的摩阻分析模型進行力學分析，包括剛桿模型和軟桿模型，然後採用單元平衡分析法對管柱的各種內力進行準確計算。
軟體考慮了管柱受到的各種外力因素，其中包括管柱自重、管柱彎曲接觸、泥漿/作業液粘滯力等複雜因素的影響，其功能包括：
（1）計算力學量：計算出了管柱隨其自身軌跡的軸力，測向力，摩擦力和扭矩，並且繪製出了直觀的這些力學量與井深的關係曲線。
（2）管柱安全校核：為了保證管柱的安全，管柱受力應小於管材的極限拉力和極限扭矩，另外還需考慮管柱的安全係數，由此對管柱進行強度校核，從而分析管柱的安全性。為了反映管柱是否發生屈曲，包括正弦屈曲和螺旋屈曲，該軟體在力學計算的基礎上進一步進行了管柱的穩定性分析。
因此該軟體可以對使用者提出的管柱組合方案進行校核。基於三維井眼軌跡，考慮管柱與套管的摩擦力、彎曲所產生的附加力、管內流體與管相對運動時產生的摩阻力以及振動載荷，軟體分1）下管柱、2）坐封、3）射孔、4）採油、5）注入、6）上提解封、7）意外封堵等工況對管柱進行校核，通過求出管柱危險點的安全係數，來判斷管柱是否安全，來校核使用者提出的管柱組合方案對於測試、生產、井下作業或修井是否具有可行性。
（3）管柱變形分析：可以對管柱的壓縮量，伸長量，扭轉角進行輔助分析。
4、測試管柱動態分析模組
軟體考慮井口載荷的變化等動態變化因素，其功能有：
（1）計算出管柱的各種對應力學量，並且繪出了管柱在不同深度時井口拉力和扭矩曲線；
（2）繪出對應不同摩擦係數取值的拉力/扭矩的上下限，即給出的是拉力/扭矩的變化範圍：由於摩擦係數取值的準確度問題，因此在此圖中分別繪出對應不同摩擦係數取值的拉力/扭矩的上下限，即給出的是拉力/扭矩的變化範圍，這對於指導鑽修井設計和施工更具有實際意義；
（3）進行動態摩阻分析：分析結果是井口拉力和扭矩隨管柱在井內長度（或鑽頭深）的變化情況，主要用於考察裝置的負荷容量是否滿足需要等問題；
（4）確定管柱與井眼之間的合理摩阻係數：確定管柱與井眼之間的合理摩阻係數是進行管柱摩阻和扭矩數值分析的技術關鍵之一，也是乙個比較複雜的理論和方法問題。實踐證明，利用現場實測資料反演計算不同工況下的管柱摩阻係數，是一種現實可行的解決辦法，本模組可以對管柱摩阻和扭矩數值分析，對定向井，水平井及大位移井等各種鑽修井工況下的摩阻和扭矩**各種作業工況的管柱摩阻係數反演計算等。
5、測試管柱組合設計優化模組
根據設計管串的結構，考慮了三維井眼軌跡下的井下管柱與套管的摩擦力、彎曲所產生的附加力、管內流體與管相對運動時產生的摩阻力以及振動載荷等，通過在空間上對管柱進行受力分析，建立了計算任意井眼中管柱軸向載荷的通用模型，可以用來設計
優化井眼軌跡井中的測試、生產與作業管柱。
本模組的目的在於：事前防止井下故障的發生。該模組充分考慮井下管柱各種受力情況，考慮完井、測試作業或修井可行性，設計安全的管柱組合，保證井下作業的安全，避免管柱發生強度破壞而造成井下複雜事故。
6、封隔器管柱系統模組
封隔器系統在井下工作的條件—主要是溫度和壓力，往往因井的工藝方式的變更而改變，因而引起系統的受力和管柱長度發生變化，導致封隔器過早解封、錯封或竄封，乃至無法起出封隔器及其他更為嚴重的惡性故障。因此，從理論上了解和分析溫度、壓力的變化如何影響封隔器系統的受力狀況，則是至關重要的。
1）軟體能夠準確計算在完井、生產和作業中油管和環空內的溫度變化和壓力變化。
2）準確計算油管由於壓力和溫度的變化引起的油管柱長度的變化（包括活塞效應，溫度效應，膨脹效應，螺曲效應）以及所產生的附加應力。
3） 封隔器在實際使用中,為了使封隔器避開套管接箍並達到工藝設計要求,準確確定封隔器坐封位置顯得尤為重要，軟體可以準確確定封隔器坐封位置
4） 計算初始油管壓縮量，它不僅能夠對封隔器坐封時現場施工提供指導，而且還是後續施工或完井過程中計算管柱的受力和變形的基礎。
5）自動移動封隔器管柱受力分析：確定密封段的最小長度保證管柱下端的插管密封段在上下移動過程中不能移出密封腔；校核管柱能否出現永久性螺旋彎曲或張力過大而損壞的情況。
6）對於不可移動封隔器確定封隔器對油管的作用力；校核管柱能否出現永久性螺旋彎曲或張力過大而損壞的情況。
7）求出中和點的位置，提示中和點是在管內還是在管外。
8）求出在壓力和溫度變化後封隔器對油管的作用力，進而求出管柱危險點（包括井口）的拉力，計算出管柱危險點的安全係數，校核封隔器管柱的安全性。
二、應用效果**
在油氣井測試過程中,為了保證測試安全,必須準確掌握油管的軸向力與變形情況。測試油管下部因受壓會發生螺旋屈曲,並與套管接觸產生摩擦力。屈曲後油管進一步變形時,油管軸向力與變形的關係非常複雜。
常規計算方法沒有考慮摩擦力對變形的影響,其結果不適用於高溫高壓井測試管柱安全分析。該軟體對測試管柱在受到溫度/壓力的改變以及其他因素影響下所引起的管柱受力、應力和變形狀態的改變進行復合受力和運動變化的科學計算；根據管柱的拉力、扭矩、安全係數、穩定性和管體伸長量等優化出測試管柱設計方案；校核測試工具和管柱的強度，從而對測試管柱狀態（穩定狀態、正弦屈曲狀態、螺旋屈曲狀態）進行準確、及時判斷。以此指導測試管柱的設計和施工引數的合理選擇，避免發生管柱失效事故。
本軟體至少可以完成以下工作：首先，防止測試管柱井下故障的發生。充分考慮井下管柱各種受力情況，設計安全的測試管柱組合和對現在管柱組合進行分析校核。
保證井下作業的安全，避免管柱發生強度破壞而造成井下複雜事故。如果在測試井階段，管柱可旋轉下入或倒劃眼起出那麼就需考慮套管或尾管是否需要旋轉才能下入，生產油管、連續油管或其它測試管柱能否下入等問題。
其次，對測試作業提供方案。其一，如果管柱卡阻，最理想的方法是用活動管柱法解除卡阻，即在原被卡工藝管柱許用提拉負荷下反覆提拉，下放，使卡點處產生疲勞破壞，達到解除卡阻。在活動管柱過程中，應注意上提負荷應保持在管柱許用拉力內，盡
01027量不使管柱撥斷脫落，在下放時，應採用快速下放，使管柱急速回縮，給卡點以震擊力，以此解除卡阻。軟體可以計算出軸向力沿井深的分布，求出井口的最大載荷。因為下放速度影響軸向力沿井深的分布和井口的最大載荷，為了保證管材在許用拉力內，軟體可以給出乙個合理的下放速度。
其二，地面裝備（頂驅功率和扭矩，起公升能力、幫浦功率和排量壓力）的選用，根據受力分析拉力和扭矩**來選用，並考慮到**誤差需留有足夠的富餘能力。
技術支援：
中國石油大學（北京）
北京雅丹石油技術開發****
010697065366
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