小扁電纜重新下入生產(chǎn)管柱，井口作業(yè)時(shí)，將電纜、電累機(jī)組安放井周角60° 附近，如圖7所示，處于不易磨損區(qū)。圖9為重新下入生產(chǎn)管柱時(shí)電纜在井筒中位置示意圖， 從圖中可W看出，第二次下入時(shí)電纜有效的避開了管柱與井壁密集接觸的區(qū)域。生產(chǎn)管柱 順利到位后，啟累后電累運(yùn)行正常。
[0316]本發(fā)明可W準(zhǔn)確的計(jì)算出井下生產(chǎn)管柱與井壁的接觸受力情況，評(píng)估電纜磨損風(fēng) 險(xiǎn)，確定電纜、電累機(jī)組安放在磨損風(fēng)險(xiǎn)較小的井周區(qū)域，最大限度的避免電纜、電累機(jī)組 的磨損失效。本發(fā)明突出實(shí)用，使現(xiàn)場(chǎng)電纜、電累機(jī)組在井口的安放具有了理論指導(dǎo)，對(duì)于 海上現(xiàn)場(chǎng)完井、修井作業(yè)具有指導(dǎo)意義。
[0317] W上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已W較佳實(shí)施例演示如上，然而并非用W限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì) 對(duì)W上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計(jì)算電潛栗管柱電纜、電栗機(jī)組安全擺放位置的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 51、 將電潛栗生產(chǎn)管柱離散成若干個(gè)三維直梁?jiǎn)卧⑷S直梁?jiǎn)卧诰植孔鴺?biāo)系 下的平衡方程； 52、 將步驟S1中建立的三維直梁?jiǎn)卧诰植孔鴺?biāo)系下的平衡方程變換到沿井眼節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)系中的平衡方程； 53、 將管柱自重以及沿井眼的初始大變形等效成單元節(jié)點(diǎn)載荷； 54、 構(gòu)造間隙單元，合并間隙單元、生產(chǎn)管柱單元在結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下的平衡方程； 55、 迭代求解步驟S4的平衡方程，得到生產(chǎn)管柱在井眼中的受力變形情況； 56、 確定管柱與井壁接觸力較小的井周區(qū)域，得到電纜、電栗機(jī)組的最佳安放位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算電潛栗管柱電纜、電栗機(jī)組安全擺放位置的方法， 其特征在于，所述的步驟步驟S1中的局部坐標(biāo)系下的平衡方程的建立方法如下： 將管柱離散成N個(gè)三維直梁?jiǎn)卧?，共記（N+1)個(gè)單元節(jié)點(diǎn)，對(duì)于每個(gè)管柱單元，建立局 部坐標(biāo)系於*：?2),單元兩端分別記作節(jié)點(diǎn)i、節(jié)點(diǎn)j，取單元節(jié)點(diǎn)i為局部坐標(biāo)系原點(diǎn)7 7軸 為節(jié)點(diǎn)i指向節(jié)點(diǎn)j的連線；.?？軸在鉛垂平面內(nèi)與冢:軸正交，并且指向井眼高邊方向；f軸 根據(jù)右手法則確定； 在局部坐標(biāo)系下，單元的節(jié)點(diǎn)位移、節(jié)點(diǎn)力向量分別可表示成其中：々、％、丐為在單元局部坐標(biāo)系中節(jié)點(diǎn)i在:無(wú)、歹、i方向上的線位移分量； 為節(jié)點(diǎn)i扭轉(zhuǎn)位移分量；~s &為節(jié)點(diǎn)i在坐標(biāo)平面G、砂內(nèi)的角位移分量；&為 節(jié)點(diǎn)i軸向作用力；％..、巧2:為節(jié)點(diǎn)i在坐標(biāo)平面呼、xz.內(nèi)的剪力分量；.v//.x為節(jié)點(diǎn)i上 的扭矩；、馬；：為節(jié)點(diǎn)i平面;^和$內(nèi)的彎矩分量； 由單元節(jié)點(diǎn)位移，可得單元位移為：m 其中：歹為單元軸向位移，p、w彳分別為單元在巧、5平面內(nèi)的撓度，歹為單元扭轉(zhuǎn) 角，形函數(shù)[N]的矩陣展開式如下：梁?jiǎn)卧膽?yīng)變可分解成四部分： { ￡ } = {exebyebzed}T (6) 其中ex為單元軸向線性應(yīng)變分量，eby，￡&分別為單元在砂、平面內(nèi)彎曲線性應(yīng) 變分量，ed為單元扭轉(zhuǎn)引起的線性剪應(yīng)變分量，單元應(yīng)變可用單元位移表示為：里元雜樺亦可寫成加下拓咗報(bào)忒.單元的應(yīng)力{ 〇 }、應(yīng)變{> }滿足下面關(guān)系式： {〇 } = [D] {e} (10) 其中[D] =diag(E，E，E，G)，即單元彈性矩陣，E為管柱楊氏模量，G為剪切模量； 可求得單元變形能為：?jiǎn)呜５狞c(diǎn)、熱力々卜力慮工六^隹難：開牙口： (13) 根據(jù)駐值原理?^ = °得單元平衡方程：（⑷ 其中[ff為單元的剛度矩陣，具體如下： I其中，1為梁?jiǎn)卧L(zhǎng)度，A為梁?jiǎn)卧孛娣e，1,、12分別為梁?jiǎn)卧獧M截面沿y、z軸慣性矩，4分別為梁?jiǎn)卧獌?nèi)、外徑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算電潛栗管柱電纜、電栗機(jī)組安全擺放位置的方法， 其特征在于，所述的步驟S2的三維直梁?jiǎn)卧诰植孔鴺?biāo)系下的平衡方程變換到沿井眼節(jié) 點(diǎn)坐標(biāo)系的平衡方程的方法如下： 沿井眼軸線建立節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系（〇'In0,I軸沿井眼軸線切線方向，n軸在鉛垂平 面內(nèi)與I軸正交，并且指向井眼高邊方向，G軸根據(jù)右手法則確定； 在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中，梁?jiǎn)卧墓?jié)點(diǎn)力向量、位移向量可表示成：其中：uu、vu、wi4為在結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中節(jié)點(diǎn)i在I、n、（方向上的線位移分量；0u為節(jié)點(diǎn)i扭轉(zhuǎn)位移分量；9 in、9u為節(jié)點(diǎn)i在坐標(biāo)平面IG、In內(nèi)的角位移分量；Fl4 為節(jié)點(diǎn)i軸向作用力；Fin、Fu為節(jié)點(diǎn)i在坐標(biāo)平面|G|n內(nèi)的剪力分量;為節(jié)點(diǎn) i上的扭矩；Min、Mu為節(jié)點(diǎn)i平面坐標(biāo)平面|n內(nèi)的彎矩分量分別表示單元 結(jié)點(diǎn)i及結(jié)點(diǎn)j所在井眼處的井斜角，_，"分別表示單元節(jié)點(diǎn)i及節(jié)點(diǎn)j所在井眼處的 方位角； 在地理坐標(biāo)系下，梁?jiǎn)卧慕Y(jié)點(diǎn)力向量、位移向量可表示成： {F}e= {FlXFlYFlZMlXMiYMlZF]XFjYF]ZM]XMjYM]Z} (18) xv3r9jzsqge= {uxvxwx 0lx 0ly 0lzUjVjWj0jx 0jy 0 jz} (19) 將局部坐標(biāo)系中單元節(jié)點(diǎn)力用地理坐標(biāo)系中的單元結(jié)點(diǎn)力表示成：其中，為地理坐標(biāo)系到局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣：將局部坐標(biāo)系中單元節(jié)點(diǎn)位移用地理坐標(biāo)系中的單元節(jié)點(diǎn)位移表示成：采用此方法，可將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系（o' InO之中的節(jié)點(diǎn)力、節(jié)點(diǎn)位移向量用地理坐標(biāo) 系（OXYZ)中的單元節(jié)點(diǎn)力、節(jié)點(diǎn)位移表示成：其中[T2]6為地理坐標(biāo)系到節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣：從而可得節(jié)點(diǎn)力、節(jié)點(diǎn)位移向量在局部坐標(biāo)系與節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系之中的轉(zhuǎn)換關(guān)系式：綜上可得單元在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下平衡方程為： [K"e{d"e={Fc}e (33) 其中[K4]6為單元在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中的剛度矩陣，{F表示在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中的節(jié)點(diǎn)力向 量，表達(dá)式如下：(34) (: 〇.4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算電潛栗管柱電纜、電栗機(jī)組安全擺放位置的方法， 其特征在于，所述的將管柱單元的初始大變形與自重等效成結(jié)點(diǎn)載荷的方法如下： a、初始大變形的等效節(jié)點(diǎn)力k〇f 管柱位于與井眼中心軸線重合狀態(tài)時(shí)，管柱產(chǎn)生了大變形，產(chǎn)生的初始應(yīng)力為; 之后管柱在初始大變形的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生小變形，產(chǎn)生附加應(yīng)變{e}、附加應(yīng)力{ 〇 }，將初始 應(yīng)力表. (3：6)將初始應(yīng)力所引起的變形能加進(jìn)去得：(37) 單元的總勢(shì)能為外力虛功與單元變形能之和：(3:8) 由彈性力學(xué)中的駐值條件，進(jìn)行矩陣運(yùn)算，有單元平衡方程：!) 其中Py，Pz求取方法如下： 設(shè)位于井眼中心軸線位置的任意單元，節(jié)點(diǎn)i處的井眼軸線切線方向向量為&，節(jié)點(diǎn)j處的井眼軸線切線方向向量為4 ,則由方向向量L?/:所確定的平面的法線方向向量為：其中T、Kn為管柱單所處井眼位置處的井眼軸線的撓率； b、 局部坐標(biāo)系中，單元自重載荷可表示為：(45) 將單元自重載荷，根據(jù)虛功原理，等效成節(jié)點(diǎn)載荷：c、 單元等效載荷包括初始大變形所引起的載荷以及自重等效成節(jié)點(diǎn)載荷(47) 0:5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算電潛栗管柱電纜、電栗機(jī)組安全擺放位置的方法， 其特征在于，所述的步驟S4構(gòu)造間隙單元，合并間隙單元、生產(chǎn)管柱單元在結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下 的平衡方程的方法如下： 在管柱單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都虛構(gòu)一個(gè)橫向位移與管柱單元節(jié)點(diǎn)橫向位移一致的間隙 單元，間隙元徑向抗壓剛度&可隨接觸狀態(tài)而變化； 結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中，間隙單元位移分量記為：其中C1=GK，為常數(shù)，為使間隙單元平衡方程能與管柱單元平衡方程能合并組裝，需將q擴(kuò)展成六維對(duì)角常數(shù)矩陣。 記矩陣[BLS01): 咖可間隙單元仿務(wù)向量可衷示成： 從而可得間隙單元變形能為 (52) (53) 間隙單元外力所做虛功可記為：CS5) 間隙單元的總勢(shì)能為外力虛功與單元變形能之和：由彈性力學(xué)中的駐值條件，=()并進(jìn)行矩陣運(yùn)算，可得節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中， 間隙單元平衡方程：(57) 其弓^分別為間隙單元在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中的剛度矩陣、 載荷向量以及位移向量，GKi為間隙單元的抗壓剛度。_) 將間隙單元、生產(chǎn)管柱的梁?jiǎn)卧诠?jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下的平衡方程合并后有：(59) 其中為組裝后的間隙單元整體剛度矩陣，|^||為組裝后的間隙單元整體載荷 向量。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算電潛栗管柱電纜、電栗機(jī)組安全擺放位置的方法， 其特征在于，所述的迭代求解平衡方程的方法如下： 每次迭代中都要根據(jù)管柱單元與井壁接觸情況，不斷地對(duì)各間隙元的抗壓剛度進(jìn)行調(diào) 整，當(dāng)所有管柱單元節(jié)點(diǎn)變形量都不大于管柱與井壁間隙時(shí)迭代終止； 每次迭代時(shí)間隙元的抗壓剛度調(diào)整方法：當(dāng)管柱與井壁沒有發(fā)生接觸時(shí)，抗壓剛度取 足夠小值，保證間隙單元對(duì)管柱單元變形沒有影響；當(dāng)管柱與井壁為處于接觸狀態(tài)時(shí)，若 管柱變形大于管柱與井壁之間隙，則加大間隙元的抗壓剛度，直到所有管柱單元節(jié)點(diǎn)變形 量都不大于管柱與井壁間隙為止。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算電潛栗管柱電纜、電栗機(jī)組安全擺放位置的方法， 其特征在于，所述的步驟S6中的確定最佳安放位置的方法為： a、 每個(gè)節(jié)點(diǎn)處生產(chǎn)管柱接觸力與n軸的夾角，即接觸角： 9 ;=arctan(vi4/wu)i= 1,2"""(N+l) (60) b、 將井周0-360°均分成72段，分別記為Ok~〇k+l，〇k= 5°Xk，k= 0, 1,2… 71，管柱在井周區(qū)間Ok~〇k+l處的總接觸力Fk:(61) c、 根據(jù)Fk，k= 0, 1，2-71，確定管柱與井壁總接觸力較小的井周區(qū)域?yàn)殡娎|、電栗機(jī) 組的最佳安放位置。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種計(jì)算電潛泵管柱電纜、電泵機(jī)組安全擺放位置的方法，包括以下步驟：將電潛泵生產(chǎn)管柱離散成若干個(gè)三維直梁?jiǎn)卧?，建立三維直梁?jiǎn)卧诰植孔鴺?biāo)系下的平衡方程；將步驟S1中建立的三維直梁?jiǎn)卧诰植孔鴺?biāo)系下的平衡方程變換到沿井眼節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系中的平衡方程；將管柱自重以及沿井眼的初始大變形等效成單元節(jié)點(diǎn)載荷；構(gòu)造間隙單元，合并間隙單元、生產(chǎn)管柱單元在結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下的平衡方程；迭代求解平衡方程，得到生產(chǎn)管柱在井眼中的受力變形情況；確定管柱與井壁接觸力較小的井周區(qū)域，得到電纜、電泵機(jī)組的最佳安放位置，確定生產(chǎn)管柱電纜、電泵機(jī)組的最佳安放位置，最大限度的減少井下電纜、電泵機(jī)組磨損失效情況的發(fā)生<i>。</i>
【IPC分類】F04B47/00, E21B41/00, E21B43/01, F04D13/08, E21B17/00
【公開號(hào)】CN105114331
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510312045
【發(fā)明人】劉賢玉, 黃凱文, 曾春珉, 許發(fā)賓, 張崇, 黃亮, 余意, 張超, 徐一龍, 曹峰, 楊仲涵, 董釗, 徐靖, 任冠龍, 韓成
【申請(qǐng)人】中國(guó)海洋石油總公司, 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日