深水测试管柱测试过程中横向振动特性分析

基于Hamilton原理,建立了充分考虑内外流惯性力、隔水管作用力、内外流与隔水管摩阻力等影响下的深水测试管柱横向振动模型,通过数值求解得到了管柱的各阶振幅及最大位移计算公式;应用编程求解,研究了悬挂力、水深、产量、管柱壁厚对测试管柱前六阶振幅及最大位移的影响.结果 表明:测试管柱整体受拉能避免产生复杂的横向振动,管柱受拉时的最大位移和振幅值随悬挂力的增大而减小;悬挂力在水深增加而保持不变时,测试管柱各阶振幅值变化复杂,悬挂力随水深增大而增加时,最大位移及振幅随水深增大而增大;管柱的最大横向振动位移随管柱壁厚的增大而增大;随着产量的增加,测试管柱的最大横向振动位移增大,但幅度较小.结论 认为,适当增大悬挂力能有效减小测试管柱的最大横向振动位移,当水深增大时,现场除应增大悬挂力外,还应考虑适当增大测试管柱与隔水管间的环空间隙,以减小两者可能存在的接触碰撞.     

深水测试管柱动力学分析

深水测试对于及时发现和准确评价海洋深水油气藏具有重要意义,而深水测试的成功率和效果则是通过深水测试管柱力学研究的结果来评价的,其中测试管柱动力学分析可用以评价测试管柱在各种海况下的安全性。为此,提出了使用幅值响应算子（RAO）来计算钻井船纵荡水平运动和升沉运动的位移随时间响应的方法。把通过大钩补偿系统补偿后的升沉运动载荷作为测试管柱顶端的力边界条件和钻井船的纵荡水平运动位移作为测试管柱顶端的位移边界条件,应用有限元方法对测试管柱进行了动力学分析。研究得出以下结论：①在波浪的作用下,钻井船的升沉运动在3 m内,而钻井船的纵荡位移较大;②随着波高的增大,测试管柱的位移和应力波动幅度增大,而应力平均值则变化不大;③波高在10 m以内,测试管柱是安全可靠的。     

隔水管循环注液对深水气井测试管柱温度分布的影响

为了准确预测深水气井测试管柱内的井筒温度分布,根据能量守恒原理及传热学原理,建立了深海气井在普通测试流程及在隔水管内循环注入常温水工况下的井筒温度预测模型。模拟计算结果表明,隔水管循环注入常温水对测试管柱的温度有一定的影响,当水深大于200 m时循环液温度与海水温度基本一致,循环时可使隔水管环空温度降低从而增大水合物生成风险。因此,水深大于200 m的深水气井不宜采用隔水管循环注水。本文研究成果对于深水气井隔水管循环注液测试具有指导意义。     

高压高产气井测试管柱螺纹安全分析

目前,测试管柱力学研究主要集中在测试管柱受到内压、外压、轴力、扭矩、弯矩和黏滞摩阻等多种载荷变化下的屈曲变形,对用于连接测试管柱的螺纹及测试管柱发生变形时螺纹应力分布和强度分析不足.为此,采用有限元软件建立了测试管柱螺纹的有限元分析模型,对测试管柱接头螺纹进行受力分析,研究管柱螺纹应力随纵向载荷变化和有、无上扣扭矩对管...     

深水测试管柱螺纹连接密封性能分析

深水测试管柱的密封性能直接关乎测试过程的安全性和测试结果的可靠性。针对深水测试管柱多单根螺纹连接的密封问题,提出深水测试管柱密封弱点分析方法,结合深水环境下测试管柱密封性能的局部分析模型,建立经济有效的评估方案,并以我国南海某深水井为对象进行实例分析。分析结果表明,示例井测试管柱的螺纹连接满足不同测试工况的密封需求;深水测试管柱的密封弱点位置为悬挂器上部临近的螺纹连接处,深水测试管柱螺纹密封的接触压力峰区位于第1个相接触螺纹面的齿根处;随着测试产量的增加,测试管柱螺纹连接密封的安全性逐渐增加,弯曲载荷对测试管柱的密封性能影响较小,轴向力和内外压是影响深水测试管柱螺纹连接密封性能的关键因素。研究结果可为我国类似南海的深水测试管柱作业提供借鉴。     

斜井眼中具有初弯曲管柱的稳定性

利用能量法推导出斜井眼中具有初弯曲管柱稳定的轴向临界压力计算公式，讨论了初弯曲对轴向临界压力的影响。研究表明，轴向临界压力随初弯曲最大挠度的增大而减小，初弯曲对临界压力的影响随管柱所受侧向力的增大而增大，随管柱长度的增加而增加。当初弯曲最大挠度比较大时，对于受侧向力作用的较长管柱，初弯曲对管柱轴向临界压力影响很大，必须加以考虑。     

深水测试管柱与隔水管的横向承载特性

在海上深水油气井测试过程中,隔水管、测试管柱与海水、环空流体、管内流体相互作用,并组成海上测试的“管中管”结构体系,目前对于由隔水管—测试管柱组成体系产生的复杂横向承载特性的认识不足。为了给海上安全测试作业的控制提供理论支撑,针对我国南海测试使用“管中管”体系结构及作业水深超过900 m的特点,建立了海水段测试管柱的井筒温度场、压力场及轴向力计算模型;考虑内外流体与管柱相互作用,建立了隔水管和测试管柱横向动态受力模型;基于数值求解方法,进行了不同顶张力、悬挂力、海流流速及平台漂移下的“管中管”结构体系横向承载特性分析。研究结果表明：①增大顶张力、悬挂力均能减小管柱体系的横向最大承载参数,同等幅度下的顶张力对管柱横向承载参数的影响更明显;②随着海流流速的增加,管柱体系的最大横向位移、转角、弯矩增大明显;③随着平台漂移量的增加,管柱体系的最大转角和弯矩先减小后增大,即顺着海流方向使平台产生适当的漂移有助于减小管柱体系横向的最大承载参数。结论认为,该研究成果可对海上测试作业的安全控制提供理论支撑。     

深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测北大核心CSCD

天然气水合物堵塞预测是进行水合物防治方案设计的重要依据,目前针对深水气井测试实践作业中所采用的水合物生成热力学预测理论仅能初步判断测试管柱中水合物的生成位置。基于气、液两相接触关系及气、液相间传质传热特征,考虑天然气水合物生成和沉积速率,建立了深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测模型,并以南海西部深水气井X井为例对测试管柱内水合物堵塞高风险区和沉积堵塞程度进行了定量预测。研究结果表明,本文建立的深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞预测模型计算结果具有较高的计算精度,可满足测试作业工况要求;深水气井测试管柱内水合物堵塞多发生在最大过冷度附近;产出气体内存在自由水测试工况下,水合物堵塞发生的风险远高于无自由水工况,产气量减小将增大水合物堵塞风险区域;初始无自由水测试工况下,产气量增加将增大水合物堵塞风险;在测试初期较短时间内,水合物沉积对气体产出影响不大,当测试时间超过安全作业窗口,水合物堵塞风险剧增。本文的研究成果对于深水气井测试管柱内天然气水合物的防治具有一定指导意义。     

深水测试管柱优化设计技术研究

为掌握深水油气井测试过程中管柱的受力和变化规律,在分析深水油气井测试管柱结构特点的基础上,从管柱材质、尺寸、测试工具和测试管柱强度等方面进行了深水测试管柱设计。建立了管柱轴向载荷计算模型及变形量计算模型,应用Abaqus软件对测试管柱进行了非线性分析,依据分析结果对深水测试管柱进行了优化设计。同时以南海某井为例对所建的力学模型进行了应用。分析结果表明:在深水测试环境下,管柱可能的危险截面一般处于三向复杂应力状态,仅作单向强度分析是不够的,必须进行三轴应力强度校核。所得结论可为南海多口深水井测试管柱设计和力学分析提供参考。     

深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测

天然气水合物堵塞预测是进行水合物防治方案设计的重要依据,目前针对深水气井测试实践作业中所采用的水合物生成热力学预测理论仅能初步判断测试管柱中水合物的生成位置。基于气、液两相接触关系及气、液相间传质传热特征,考虑天然气水合物生成和沉积速率,建立了深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞定量预测模型,并以南海西部深水气井X井为例对测试管柱内水合物堵塞高风险区和沉积堵塞程度进行了定量预测。研究结果表明,本文建立的深水气井测试管柱内天然气水合物沉积堵塞预测模型计算结果具有较高的计算精度,可满足测试作业工况要求;深水气井测试管柱内水合物堵塞多发生在最大过冷度附近;产出气体内存在自由水测试工况下,水合物堵塞发生的风险远高于无自由水工况,产气量减小将增大水合物堵塞风险区域;初始无自由水测试工况下,产气量增加将增大水合物堵塞风险;在测试初期较短时间内,水合物沉积对气体产出影响不大,当测试时间超过安全作业窗口,水合物堵塞风险剧增。本文的研究成果对于深水气井测试管柱内天然气水合物的防治具有一定指导意义。     

典型工况下完井管柱伸缩管力学分析及安全性评价

为减小深井超深井管柱轴向拉力,降低安全系数,常需要在管柱中配置伸缩管,但在进行管柱强度校核时伸缩管处常会出现安全系数突变,由于对其本体缺少力学分析方法,无法对管柱安全作出准确判断,影响试油完井管柱的安全性。应用有限元分析软件建立伸缩管全尺寸有限元模型,分析了坐封、射孔、压裂、开井、关井工况下和极端工况下伸缩管的载荷及应力,给出了5种典型工况对应的极端工况下的伸缩管最大载荷。依据拉梅公式和强度理论,推导得到在复杂载荷下的伸缩管强度计算方法,求得在典型和极端工况下的伸缩管应力值。结果表明:在深井超深井中,压裂工况下伸缩管应力值最高,是最不利工况;坐封、射孔、开井、关井工况下,伸缩管的安全系数通常在1.35以上。得到了5种典型工况对应的极端工况下伸缩管内外压和轴向力组合,提供了实际施工应避免的载荷组合模板。理论分析无法考虑伸缩管键槽的存在,也无法考虑应力集中的影响,理论分析得到的应力较数值分析低15%左右。建立的典型工况下伸缩管的安全评价方法为伸缩管及其对管柱的安全影响分析提供了理论支持。     

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。     

管式泵最大下入深度的计算方法及应用

管式抽油泵在柱塞下行过程中，既受到泵筒内液体压力又受到轴向载荷的作用，此时的工况最不稳定，必须限制泵的下入深度以确保泵筒工作正常。文章采用第四强度理论来确定最大下泵深度，并在文留油田的应用中取得了较好的效果。     

注水井改为注气井的套管柱安全性研究

结合某油田的H1 2 - 1高压注气井开展了套管柱强度校核方面的研究 ,提出了一套适合于高压注气井套管受力分析和强度安全性校核的步骤和方法。在套管柱强度校核中 ,套管的受力分析应当结合实钻井眼轨迹和实际注气工况 ,充分考虑轴向力、外挤和内压力对套管API强度的影响 ,进行三轴应力强度校核 ,同时应该考虑封隔器的安装与否以及安装高度和注气条件下气体所产生的压力 ,以此来计算套管柱所承受的内压力。提出的套管柱设计方法得到了现场验证     

深井钻柱疲劳强度计算与分析

钻柱疲劳失效的机理分析表明,钻柱在振动和进动工况下,受到拉、压、弯、扭等组合交变应力作用,发生疲劳破坏是其失效的主要形式。通过钻柱受力分析,给出钻柱轴向应力、弯曲应力、扭转应力、径向和周向应力,以及附加剪应力的计算公式。根据疲劳强度理论,建立了钻柱在不对称循环应力状态下的疲劳强度条件。结合实际算例分析,找出钻柱危险点处疲劳安全系数随井深、转盘转速和钻压的变化规律,有助于钻井参数的调整。     

基于弹簧理论的螺旋弯曲管柱强度分析

为了了解螺旋弯曲状态下管柱的应力分布规律,根据管柱螺旋弯曲的特点,利用弹簧理论,结合螺旋弯曲管柱力学分析成果,导出了螺旋弯曲状态下管柱内、外侧的第四相当应力计算公式,弥补了传统管柱力学分析的不足,提高了受压弯曲管柱强度校核的针对性与准确性。分析结果表明,在轴向压力作用下,弯曲管柱内侧的最大相当应力恒大于外侧,并且随着轴向压力的增大,管柱内侧最大相当应力线性增大。因此,对于受压弯曲管柱,应以管柱内壁为应力危险点校核其强度。     

注水油管柱轴向位移分析

为了正确确定注水作业中封隔器的坐封位置和轴向位移补偿量，须精确计算在不同工况下注水油管柱的轴向位移量。综合考虑了注水油管内液体的横向压力效应与流动摩阻效应，应用弹性力学方法对注水油管进行应力和位移分析，计算了注水油管在不同因素影响下的轴向伸长量。结果表明，注水油管内的横向压力效应对油管轴向位移有明显影响，油管内液体流动引起的油管轴向伸长与注入速度的平方成正比。     

大庆油田高温深井试气井下管柱力学分析及应用

针对大庆油田深井高温、高压裂压力及测试、压裂管柱的特点,在轴向屈曲分析的基础上,综合考虑井况、井身结构、管柱组合、施工顺序,以及考虑库仑摩擦力,考虑井口和封隔器的约束及其对轴向变形、轴向力的影响,给出了试气井下管柱载荷、变形、应力计算方法与公式,编制了井下管柱力学分析软件.据此,可以分析各试气工序下管柱的屈曲状态、载荷、变形、应力及强度安全性,并指导管柱组合和施工参数选择.     

油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用

在油气井测试过程中,特别是高温高压气井、超深井、水平井的测试,测试管柱在轴向力、管内外压力、弯矩、扭矩及温度等因素的作用下,会形成复杂的应力和应变,有时会造成管柱断脱和屈服破坏。为此,开发了油气测试管柱力学分析与优化设计软件。该软件考虑井眼轨道、测试管柱结构、测试阀类型、井内外流体性能、管柱内外压力、管柱与井壁间的摩擦因数、管柱温度及地层温度,可计算出油气测试过程不同作业阶段管柱的受力状态,包含管柱的轴向拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性状态及伸长等参数,可以对多级管柱组合的各级长度进行优化。现场应用结果显示,软件的计算精度满足工程作业需要。