深井分层注水管柱受力变形计算方法改进

针对原高压注水受力分析计算模型的不足之处,提出以下几点改进建议:区分计算完全与部分弯曲管柱的缩短量;细分工作状态,计算温度分布;在多级分层注水中考虑封隔器胶筒摩擦力和配水器水嘴压力与水量损失;增加下入、洗井和停注过程,完整描述整个注水过程中管柱受力变形变化情况。最后,编制深井分层注水管柱受力分析软件进行实例计算。     

套管柱在高压工艺条件下的受力及保护浅析

分析了套管柱在高压工艺条件下的受力状况，并给出了计算公式。实施压裂、酸化或注水而形成的高压差和高温差，会使井口处套管和水泥面处套管的受力发生突变。在采用环室或光油管压裂、酸化或注水时，套管处于直接承压状态，其中井口处套管受压力效应、温度效应和重力的综合影响；水泥面处套管则受到附加轴向载荷的作用。通过实际井例进行了计算和验证。在此基础上，提出了采用封隔器管柱保护套管的途径。此外，还对封隔器管柱作了受力分析。     

分注井水力压缩式封隔器失效原因分析与对策

随着分层注水向深井、斜井发展，以及注水压力的提高，封隔器工作时的移动严重影响了分层注水的成功率。由于在斜井中分层注水管柱受力不平衡，在正常注水时，管柱上存在虎克定律效应、压力效应、螺旋弯曲效应及温度效应，此四种效应的综合作用导致了分层注水管柱的伸长和缩短，造成封隔器在井下移位，使封隔器密封失效，甚至造成封隔器自动解封。     

插入式封隔器注水管柱力学及蠕动规律研究

注水管柱在井下受到多种载荷以及活塞效应、鼓胀效应、弯曲效应、温度效应的影响,受力状况复杂,易造成封隔器蠕动,产生巨大经济损失。在考虑内压、外压、轴向力、弯矩、井壁支反力和摩擦力等多种载荷的基础上,建立注水管柱蠕动分析模型,分析多层段分层注水管柱的受力状况,并研究插入式封隔器结构特点、最大摩擦力以及蠕动机理。考虑现场不同温度、排量、井口压力等工况参数,根据建立的注水管柱蠕动分析模型,提出多层段分层管柱蠕动计算方法,并在实例井得到成功验证。     

井下管柱状态检测系统的研制

在高压分层挤注过程中，井下管柱由于承受巨大的轴向力而产生轴向蠕动，容易引起封隔器的解封或破坏，导致注水失败。目前，对井下管柱受力和伸缩蠕动的研究主要集中在理论分析上，而对其实际工作状态的检测研究还不够深入。因此，设计了一种测试井下温度、压力、管柱所承受轴向力及其伸缩蠕动等状态参数的井下管柱状态检测系统。论述了该系统的整体构成和基本工作原理，提出了一种新的位移测量方法；基于试验数据，对该系统的测试精度进行了分析，并针对存在的问题提出了改进方案。     

注水管柱的受力分析及理论计算

注水管柱在工作过程中受井口压力、注入量、井深、井温等的影响，会引起伸缩蠕动，导致封隔器解封或失效，影响分层注水的水驱效果。为了保障注水管柱有效合理地工作，应准确地掌握注水管柱的应力和铀向变形，合理地计算注水管柱的伸缩力和伸长量，为采取有效合理地预防措施，提供理论依据。     

压裂回接管柱的受力变形分析与计算

针对水力压裂过程中,回接管柱在自重、温度以及内外压差等作用下,其轴向受力和变形状态产生变化而影响压裂施工的问题,建立压裂回接管柱的力学计算模型,分析各类效应以及效应对管柱受力和变形的影响。通过计算实例与分析进行论证,并指出了管柱受力变形的变化规律,以求达到合理设计回接管柱,保障管柱安全有效的施工。     

注水管柱中温度效应的分析与计算

根据注水井管理要求,在分析研究注水管柱在各种工作状态时的温度分布和工作状态变化时所引起的温度变化的基础上,通过井筒的热传导方程和管柱的热效应方程,推导出一套比较精确的注水管柱温度效应求解方法,为合理设计注水管柱提供一定的理论依据。通过计算示例与分析证明了温度效应的影响,指出了封隔器密封失效的原因,以求达到合理设计注水管柱及配套相应工具、延长注水管柱的使用寿命、减少作业次数、提高油田注水开发效果的目的。     

注水管柱蠕动机理分析及蠕动量计算

注水管柱在工作过程中可能会发生蠕动现象,影响了封隔器的使用寿命和注水开发的效果。对坐封
后的封隔器进行受力分析,从力学角度探讨了注水管柱蠕动现象产生的机理,为合理设计注水管柱和防止蠕动现
象的发生提供了理论依据。以管柱力学分析为基础,提出了注水管柱蠕动量计算的方法,并进行了实例计算,研究
成果对准确分析注水管柱力学性能、优化施工工艺参数、提高注水作业有效期有重要意义。     

变形井分层注水工艺技术

随着国内许多油田开采进入后期,套管变形井越来越多,为解决由于上层套管变形造成常规分层注水管柱无法下入,以及下入到下部较大尺寸的井筒进行良好的封隔技术难题,研制了常规、高压、深井三种变形井分层注水管柱及配套工具。收集整理了多年在江汉、中原等油田的现场应用情况,并分析存在的问题,最后提出了解决的办法,以达到完善变形井分层注水工艺管柱的目的,更好地服务于油田注水增油,提高老井的的利用率。     

储气库注采参数与管柱临界屈曲载荷分析

针对华北油田储气井井身结构及其采气过程,开展了储气井井口油压、产量与油管柱屈曲变形的深入研究。在前人研究的基础上,讨论了管柱在井筒中发生正弦屈曲或螺旋屈曲变形的3个临界载荷值以及这3个临界载荷之间的屈曲状态,在此基础上,得到了划分不稳定区的新临界载荷,推导出了计算油管底部轴向力的数学模型。基于带有封隔器的管柱力学分析和理论研究、封隔器管柱中的各种效应变化计算数学模型以及建立的管柱临界屈曲载荷的数学模型,用VB2013开发出了一套储气井注采管柱力学安全性评价软件,应用该软件对华北油田S-x储气井注采管柱进行了研究,为储气井井口油压、产量等参数的优选及注采管柱安全性评价提供依据。     

注水管柱失效分析及改进

针对吐哈某油田注水管柱失效问题,从井筒状况、管柱和工具设计、以及后期管理等方面,结合井例进行了分析。找出管柱失效的主要原因包括注水压力波动导致封隔器失效,反洗活塞关闭不严导致封隔器失效,管柱（油管）存在渗漏,作业质量等等。提高分注管柱的有效期应从加强注水日常管理等方面采取相对应的措施。分析结果及对应措施对该油田及同类注水井延长注水管柱有效期都有积极的指导意义。     

放射性同位素测井技术在多层管柱配注井中的应用

针对常规放射性同位素吸水剖面测井工艺无法满足多层管柱配注井吸水剖面测试要求的问题,通过优选放射性同位素示踪剂和防弥散剂,优化放射性同位素示踪剂注入参数等措施,提高放射性同位素示踪剂测试精度。研发了同位素示踪剂井口释放装置,其利用不同注水层段间的注水压差在井口采油树即可释放同位素示踪剂,操作简单可靠。该技术解决了多层管柱配注井的测井难题,为多层管柱配注井技术的推广应用提供了技术支持。     

深水测试管柱应力分布规律与动态响应分析

为了研究深水测试管柱在不同工况下的应力分布规律及内压波动对管柱动态响应参数的影响,根据深水测试管柱作业特点及结构,推导了测试管柱的轴向力、轴向应力、径向应力和环向应力计算公式,建立了海水段测试管柱的横向及纵向振动模型。根据不同工况,建立了测试管柱的有限元模型,进行了测试管柱最大应力及内压波动下的动力响应分析。研究结果表明:测试管柱各段的最大应力随水深的增加而减小、随悬挂力的增大而增大;由于泊松耦合的影响,最大应力与水深的变化率随着内外压差的增大而增大;初开井前,由于测试管柱的内加压和环空泄压,测试管柱出现最大应力,其值为255.7 MPa,但各工况下测试管柱的安全系数满足强度使用要求;内部压力波动周期对测试管柱的应力响应影响显著,低周期的内压波动使管柱应力过度增大,管柱易发生危险。研究结果可为深水测试管柱的强度研究提供一定的指导。     

分注井水嘴直径选择的研究与应用

文章结合现场录取数据,建立一套分层测试管柱,并讨论了分层注水管柱中压力损失的计算方法,分析了分注井水嘴设计的理论模型及水嘴直径设计方法.使用表明,水嘴随管柱一次下井,其单层配注符合率达到了80%以上,基本满足了配注要求,还大大减少了后期测试调配的工作量,提高了测试层段合格率.     

胜利油田注水管柱腐蚀机理与防治技术

针对油田注水开发过程中井下油管和配套工具普遍存在的腐蚀现象以及所带来的问题,在对胜利油田近年来注水管柱腐蚀状况进行统计分析的基础上,认为注水管柱的腐蚀机理主要是溶解气腐蚀和垢下腐蚀。结合胜利油田在延长注水管柱工作寿命方面所采取的一系列防腐措施,对各种防腐管柱的防腐效果进行了分析。分析结果表明,镍磷镀油管的防腐效果较好且经济,因而注水开发油井推荐采用镍磷镀油管,并建议注水工具全部进行镍磷镀防腐处理。指出注水管柱防腐技术的下一步发展方向是玻璃钢防腐技术和玻璃钢内衬防腐技术。     

支撑式跨隔测试管柱力学分析及其应用

与传统的单封隔器管柱相比,支撑式跨隔测试管柱受力状况更加复杂,测试风险加大,常常失利。为了解支撑式跨隔测试失败的原因,为管柱组合及施工参数选择提供依据,根据支撑式跨隔测试的特点和传统管柱力学研究的不足,用微元体分析法和能量法对有限长跨隔段、支撑段管柱的屈曲行为重新进行分析,求得了有限长管柱的屈曲临界载荷和屈曲构型。分析表明,有限长管柱有3种屈曲构型:1个半波弯曲、2个半波弯曲和螺旋弯曲。据此,可以计算有限长管柱的附加弯矩及附加弯曲应力,校核其强度安全性;可以合理组合管柱、合理确定测试压差。当井径一定时,可以作出跨距-测试压差安全施工界限图。该研究指导了塔中和轮南地区若干口井的跨隔测试,测试成功且没有发生管柱、工具损坏事故。     

胜利油田长效扩张式分层注水技术

针对任一级扩张式封隔器损坏或底球漏失导致检修更换扩张式分层注水管柱的问题,根据液压传动原理,研制了液缸扩张式封隔器,使封隔器内、外压力系统相对独立,以避免封隔器失效引起的检修更换分层注水管柱作业;根据现场实际情况,研制了组合式沉砂洗井阀和防漏装置,在保证正向密封的同时,降低底球漏失对分层注水管柱性能的影响。液缸扩张式封隔器与组合式沉砂洗井阀、防漏装置配合设计了受力平衡的扩张式分层注水管柱,形成了长效扩张式分注技术。该技术在胜利油田现场应用100余井次,均持续有效。现场应用结果表明,该技术可以有效解决单级及以上扩张式封隔器损坏、底球漏失引起的扩张式分层注水管柱整体失效的问题,提高注水开发效果。      

储气库注采管柱静、动力学安全性评价及软件开发

在储气库高速交变注采的特殊工况下,注采管柱的力学强度安全性将变得非常复杂。为了准确方便地评价注采管柱的力学强度的安全性问题,开展了储气库注采管柱静、动力学安全性评价研究,并开发了相应的评价软件。首先,根据注采管柱的实际结构和受力特点,建立了封隔器对管柱作用力的计算模型和注采管柱振动的有限元模型,通过模态分析,研究了带封隔器管柱的固有频率和振型;在模态分析的基础上,对储气库注采管柱进行了瞬态动力学研究,分析了距封隔器不同距离管柱的振动位移、速度和加速度的变化规律;根据不同时刻管柱的轴向力和应力分析,计算得到了注采管柱的动力学安全系数;最后,开发了储气库注采管柱静、动力学强度安全性评价软件,该软件包括数据库模块、管柱静力学分析模块、管柱动力学分析模块和管柱安全性评价模块,为储气井注采参数的优化或优选以及注采管柱安全的运行提供参考。