完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本 發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種套管柱下入方法，圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的套管柱下 入方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟(步驟S102-步驟S108):
[0036]步驟S102,對套管柱進(jìn)行受力分析，得到套管柱摩阻計(jì)算方程；
[0037] 步驟S104,基于套管柱摩阻計(jì)算方程，計(jì)算不同的漂浮長度所對應(yīng)的大鉤載荷；
[0038] 步驟S106,在滿足預(yù)設(shè)載荷條件的基礎(chǔ)上，取數(shù)值最大的大鉤載荷所對應(yīng)的漂浮 長度為最佳漂浮長度;該預(yù)設(shè)載荷條件是:大鉤載荷+游動(dòng)系統(tǒng)重量2 〇;
[0039]步驟S108,在套管柱的最佳漂浮長度對應(yīng)位置設(shè)置漂浮接箍，執(zhí)行套管柱下入操 作。
[0040]本實(shí)施例應(yīng)用漂浮下套管原理，對套管柱進(jìn)行力學(xué)分析，建立漂浮下套管力學(xué)模 型，形成一種計(jì)算套管漂浮長度的優(yōu)化方法，從而確定最佳漂浮段長度，使漂浮接箍安放在 最優(yōu)化的井深處，使剩余下入載荷達(dá)到最佳，從而解決了相關(guān)技術(shù)中套管柱漂浮長度無法 準(zhǔn)確計(jì)算的問題，保證套管柱順利下到位，為漂浮下套管提供技術(shù)支持，從而順利完成完井 施工作業(yè)。
[0041 ] -實(shí)施例中，通過對套管柱進(jìn)行受力分析得到套管柱摩阻計(jì)算方程，從而搭建漂 浮下套管力學(xué)模型，通過以下步驟實(shí)現(xiàn):將套管柱自下而上均分為多個(gè)微單元段;計(jì)算每個(gè) 微單元段兩端的節(jié)點(diǎn)處的集中力、每個(gè)微單元段的均布接觸力、每個(gè)微單元段的線密度;將 每個(gè)微單元段的上述集中力、上述均布接觸力和上述線密度分別代入受力平衡公式，再結(jié) 合弗朗內(nèi)-塞雷公式、力矩平衡公式，得到套管柱摩阻計(jì)算方程。
[0042]下面對漂浮下套管力學(xué)模型的搭建及應(yīng)用過程進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0043] 1)建立空間坐標(biāo)系
[0044]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的空間坐標(biāo)系示意圖，如圖1所示，以井口處為原點(diǎn)0建立 空間坐標(biāo)系，包括直角笛卡爾坐標(biāo)系0NED和自然坐標(biāo)系tnb，N軸指向正北方向，E軸指向正 東方向，D軸垂直向下，F(xiàn)為井眼軸線的切線方向的單位矢量j為井眼軸線的主法線方向的 單位矢量，f為井眼軸線的副法線方向的單位矢量。
[0045] 2)建立漂浮下套管力學(xué)模型
[0046]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的套管柱分段受力分析示意圖，如圖3所示，以井眼軌跡 數(shù)據(jù)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，將套管柱劃分成多個(gè)微單元段，圖3展示的是任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)微單 元段受力分析。
[0047] 假設(shè)套管柱與井壁連續(xù)接觸，套管柱軸線與井眼軸線一致，微單元段所受重力、正 壓力、摩阻力均勻分布，且為空間斜平面上的一段圓弧。在井眼軸線上取套管微單元段ds， 假設(shè)微單元段的起點(diǎn)為A，其曲線坐標(biāo)為s，終點(diǎn)為B，其曲線坐標(biāo)為s+ds。
[0048] 微單元段s處(A點(diǎn)）的集中力戶⑷為：
[0049] (1)
[0050] 微單元段s+ds處(B點(diǎn)）的集中力/%s' ?')為：
[0051] (2)
[0052] 微單元段ds上的均布接觸力么〇)為：
[0053] (3)
[0054] 微單元段ds套管浮重(或稱為線密度）|為：
[0055] … (4)
[0056]微單元段ds的受力平衡公式是：
[0057] - - (5)
[0058]將(1)、（2)、（3)、（4)式代入(5)式，略去微量的乘積，可得：
[0059]
[0060] 化簡整理后，可得：
[0061] … (6)
[0062] 根據(jù)(6)式結(jié)合弗朗內(nèi)-塞雷公式：
[0063]
[0064]將力向主、副法線和切線方向上投影可得：
[0065]
(7)
[0066] 由微單元段上的力矩平衡公式，可得：
[0067] (8)
[0068]將(8)式代入(7)式整理后，可得漂浮下套管力學(xué)模型：
[0069]
(9)
[0070] 如前所述，假設(shè)井眼軸線相鄰兩測點(diǎn)為空間斜平面上的一段圓弧，井眼撓率位于 密切面內(nèi)，由密切面定義可知：τ = 〇,由于上述計(jì)算過程不計(jì)算軸向扭矩Mt，故略去 Η Μ f =_ R是套管柱的半徑，即套管柱外徑的一半。 d .v ,
[0071] 則最終漂浮下套管力學(xué)模型簡化為：（下套管時(shí)土μΝ取負(fù)號，因此以下方程直接取 負(fù)號）
[0072] 丨、10)
[0073] 其中：
[0074]
[0075]
[0076]
[0077]上述各個(gè)公式中，i為自井底至井口的節(jié)點(diǎn)數(shù)，i = 〇~n，n為微單元段的個(gè)數(shù);S為 測深，單位為m; ds為微單元段長度，單位為m; Ft為大鉤載荷，單位為N; Fn、Fb為剪切力，單位 為N;Nn，Nb為均布接觸力，單位為N/m，M t、Mb為彎矩，Mb = EIK(s)，單位為N· m:a為井斜角，單 位為rad; Φ為方位角，單位為rad;μ為摩擦系數(shù);Ka為井斜角變化率
；ΚΦ為方位角 變化率，_
(為井眼軸線的曲率
，單位為rad/m;q為管柱單位長 度浮重(也稱為線密度），單位為N/m; E為彈性模量;I為慣性矩，單位為m4; N為套管柱與井壁 的接觸正壓力。
[0078] 3)優(yōu)化漂浮下套管力學(xué)模型
[0079]為了保證漂浮下套管力學(xué)模型的計(jì)算準(zhǔn)確性以及為了便于后續(xù)漂浮下套管力學(xué) 模型更好的應(yīng)用，本實(shí)施例對漂浮下套管力學(xué)模型進(jìn)行以下優(yōu)化操作:對套管柱摩阻計(jì)算 方程進(jìn)行有限差分化和離散化操作，得到差分形式的套管柱摩阻計(jì)算方程。
[0080] 有限差分化操作是以有限個(gè)差分方程來代替偏微分方程。設(shè)f(x)彈性平面內(nèi)的某 一連續(xù)函數(shù)，用相隔等間距h來平分X軸。在X軸a點(diǎn)附近Taylor(泰勒)級數(shù)展開
[0081] f(x)有：
[0082]
[0083] 在a點(diǎn)的a_h處和a+h處f (X)可以分別表示為f 1和f2:
[0084] 'll)
[0085] (12)
[0086] 聯(lián)立以上兩式可以求得

[0087] (13)
[0088] (14)
[0089]由于漂浮下套管力學(xué)模型的計(jì)算方程式為非線性方程組，采用牛頓迭代法進(jìn)行迭 代求解。首先應(yīng)用有限差分中的差分公式，即轉(zhuǎn)化成
[0090] (:15)
[0091 ]根據(jù)井眼幾何形狀和管柱結(jié)構(gòu)特征，η表示將整個(gè)管柱自井底至井口分割為η個(gè)微 單元段，η個(gè)微單元段對應(yīng)η+1個(gè)節(jié)點(diǎn)。假設(shè)第i (i為0到η之間）個(gè)節(jié)點(diǎn)的Ftl和Mbl都已知，則 可用差分方程求出第i+Ι個(gè)節(jié)點(diǎn)的值。把上述方程(10)離散化，得到差分形式的套管柱摩阻 計(jì)算方程：
[0092]
(16)
[0093] 式中：Mbi = EIiKbi。
[0094] 4)基于漂浮下套管力學(xué)模型，計(jì)算不同的漂浮長度所對應(yīng)的大鉤載荷
[0095] 首先，基于漂浮長度的不同取值，分別計(jì)算位于漂浮長度以上的每個(gè)微單元段的 線密度，以及位于漂浮長度以下的每個(gè)微單元段的線密度；
[0096] 然后，漂浮長度依次取不同值，將每個(gè)微單元段的線密度代入套管柱摩阻計(jì)算方 程，計(jì)算得到與漂浮長度對應(yīng)的大鉤載荷?；诖?，可利用漂浮下套管力學(xué)模型準(zhǔn)確計(jì)算不 同漂浮長度對應(yīng)的大鉤載荷，為后續(xù)找出最佳漂浮長度提供基礎(chǔ)。
[0097] 處于漂浮段的套管柱在鉆井液中的線密度，等于單位長度套管柱的自重減去鉆井 液對它的浮力。假設(shè)將漂浮接箍安裝在井底，依次增加安裝高度，假設(shè)在距離底端L(L為套 管的漂浮長度)處有一漂浮接箍，漂浮接箍下端的套管柱掏空，漂浮接箍上端的套管柱中灌 入鉆井液。
[0098]對于漂浮接箍以上的套管柱：
[0099]每個(gè)微單元段的線密度根據(jù)以下