Strength analysis of multisage fracturing string and study on its influence law

YUE Qianbei; LI Hui; XU Pingwen; WANG Gang; XU Yanlu; JING Boxiang; LIU Jubao

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.006

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Strength analysis of multisage fracturing string and study on its influence law

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-01-21

- Strength analysis of multisage fracturing string and study on its influence law
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 1, Pages: 48-55(2026)
- 作者机构：
  
  1.东北石油大学机械科学与工程学院，大庆 163318
  2.青海油田采油一厂，茫崖 816499
- 作者简介：
  
  YUE Qianbei, E-mail: zlgbb529@126.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52374034);Natural Science Foundation of Heilongjiang Province(LH2022E018)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.006
  CLC： TE357
- Received：28 January 2024，
  
  Revised：2024-05-13，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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岳欠杯，李辉，许萍文，等. 多级压裂管柱强度分析及影响规律研究［J］. 机械强度，2026，48（1）：48-55.

YUE Qianbei，LI Hui，XU Pingwen，et al. Strength analysis of multisage fracturing string and study on its influence law［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：48-55.
岳欠杯，李辉，许萍文，等. 多级压裂管柱强度分析及影响规律研究［J］. 机械强度，2026，48（1）：48-55. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.006.

YUE Qianbei，LI Hui，XU Pingwen，et al. Strength analysis of multisage fracturing string and study on its influence law［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：48-55. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.006.

摘要

目的

针对多级压裂过程中由封隔器系统诱发的管柱强度失效问题，开展了管柱力学行为与强度影响规律研究，以保障压裂作业安全性与管柱结构可靠性。

方法

首先，基于多级封隔器工作特性，建立了压裂管柱系统力学模型，并推导了坐封与压裂两种工况下的控制方程。其次，采用有限元方法，将封隔器位移作为压裂工况的初始边界条件。然后，考虑了封隔器滑移与固定的非确定性边界条件，构建了多级压裂管柱系统的数值计算方法。最后，以现场某口井为实例进行了计算分析。

结果

分析结果表明，随着压裂级数增加，井口轴向力与等效应力显著上升，安全系数逐步下降；压裂液流量、井口压力与砂比对管柱强度均具有显著影响，任一参数的增大均会引起轴向力增加和安全系数下降，从而加剧管柱强度失效风险，并为多级压裂管柱强度设计与安全评估提供了依据。

Abstract

Objective

Aiming at the string strength failure problem induced by the packer system during multi-stage fracturing

the investigation on the mechanical behavior of the string and the influence law of strength was carried out to ensure the safety of fracturing operations and the structural reliability of the string.

Methods

Firstly

based on the working characteristics of multi-stage packers

a mechanical model of the fracturing string system was established

and the governing equations under the two working conditions of setting and fracturing were derived. Secondly

the finite element method was adopted

and the packer displacement was taken as the initial boundary condition of the fracturing working condition. Then

the non-deterministic boundary conditions of packer sliding and fixing were considered

and a numerical calculation method for the multi-stage fracturing string system was constructed. Finally

calculation and analysis were carried out through field well cases.

Results

The analysis results showed that with the increase of fracturing stages

the wellhead axial force and equivalent stress increased significantly

and the safety factor decreased gradually; the fracturing fluid flow rate

wellhead pressure and proppant concentration all had significant effects on the string strength; the increase of any parameter would lead to the increase of axial force and the decrease of safety factor

thereby aggravating the risk of string strength failure. The research results provided a basis for the strength design and safety evaluation of multi-stage fracturing strings.

关键词

Keywords

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