分支井采油管柱激振力分析

采油过程中,油管柱始终处在一个复杂的动力环境之中,承受多种力的激励和响应,从而导致油管柱结构的损坏或加剧油管柱的破坏。而分支井采油机理更为复杂,上部井下控制阀产生的汇流处,是油管柱振动研究中一个新的振源,而油管柱的振动将引起井内流体的压力波动。正确认识分支井汇流引起的管柱振动规律,为避免发生井下油管事故有着重要的意义。基于流体力学理论,采用有限元分析方法,利用通用大型流体力学软件Fluent,建立了分支井采油管柱汇流力学模型,分析了汇流流场的流动状态以及汇流对采油管柱造成的流体激振力。揭示了分支井汇流处管内管外的压力差与井下控制阀进液孔处动压力的关系。为分支井采油管柱的优化设计提供了理论依据。     

井下螺杆马达双向振动固井工具的研制

在固井过程中,为了使不同体系下的水泥浆产生最有效的振动,研制了井下螺杆马达双向振动固井工具。该工具安装在管柱的底端,不会改变常规固井工艺。通过调整结构参数改变振动量级和振动频率,使水泥浆产生横向振动和轴向振动;通过结构设计和力学分析,得出了该工具横向振动频率和激振力公式。通过流体力学分析,得出了该工具轴向振动频率和水击压力公式。对该工具进行了水击力变化测试试验,测试结果表明:当入口流量为30 L/s时,水击力波动的幅值为0.5 MPa左右,满足设计要求。所得结果为该工具后续的结构参数调整和优化设计提供了理论指导。     

极端条件下气井油管柱振动力学行为的有限元分析

为了系统地、定量地分析极端条件下气井油管柱振动力学行为,根据新疆某油田油管柱结构尺寸,基于有限元法,建立了两种结构带封隔器的极端条件气井油管柱振动有限元力学模型,编写了极端条件下气井油管柱的振动动力学行为分析的APDL有限元程序,对该极端条件下气井管柱振动问题开展了系统分析和研究。研究表明:(1)对比改进前后管柱结构的前15阶模态和频率,改进后油管柱均有利于减缓振动对油管柱的损伤;(2)在瞬态动力响应方面,改进后的结构对事故高发(4 200～5 500 m)油管段内平均应力降低了约104 MPa,同时中和点也下移了231 m,均有利于提高极端条件下气井油管柱安全性及其疲劳寿命。结论表明,建立的模型可分析油管柱的振型,固有频率以及随时间历程变化的应力、速度、位移等,为极端条件下气井油管柱疲劳寿命预测、中和点变化以及油管柱在采气期间的振动力学机理提供定量的数据,同时为新井管柱设计提供了理论依据。     

电力振动器激振作用下的套管串振动特性

振动固井是一种能够明显提高固井界面胶结强度的新方法,但推广使用该方法则需要解决水泥浆候凝阶段如何使固井管柱产生井下径向振动的问题。为此,研制了电力振动器。该振动器由高温电机振动组件把电能转化为机械能,电机振动组件通过输出轴带动偏心块旋转形成激振源,对套管串底部产生一个沿轴向方向旋转的激振力;然后运用主坐标分析法,分析激振力在直井套管串产生的振动特性,得出电力振动器振动对套管串产生的动响应模型;最后以某井井身结构设计为依据,分析了不同套管串长度、不同激振力和不同振动频率对套管串最下端的振动幅值的影响。研究结果表明:(1)套管串长度与套管串最下端的振动幅值呈反比关系;(2)激振力与套管串最下端的振动幅值呈正比关系;(3)振动频率的平方与套管串最下端的振动幅值呈反比关系。该研究成果可为在不同井深和不同振幅需求的固井现场应用振动固井技术提供理论支撑。     

振动固井电力振动器激振力和振幅分析

为了使水泥浆在候凝阶段产生振动,提高固井质量和界面胶结强度,研制了一种固井电力振动器。该振动器通过高温电池组提供电能,带动高温电机产生振动,安装在管柱的底端,不会改变常规固井工艺。通过结构设计和力学分析,对该工具的激振力进行了计算,其最大激振力为1 732 N。运用能量法,结合某井的参数,对该工具在安装有弹性扶正器的直井套管产生的振幅进行了分析,得出了其在弹性扶正器处产生的振幅计算模型,为井下振动固井工具的现场试验提供了理论指导。     

天然气管线压力脉动激振分析

动力机械对管线内的流体提供一定的激发，使管流处于脉动状态。脉动状态的流体遇到弯头、异径管、控制阀、盲板等管线元件，会产生一定的、随时间而变化的激振力，在这种激振力作用下管线和附属设备就要产生振动。为此，对一段包含复杂约束、管道附件的天然气管线进行了动态分析，计算出了作为外加激励的气流压力脉动激发的管线动力响应。计算结果表明，压力脉动能激发相当大的管线振动，在管线设计时，必须考虑压力脉动的影响，并提出了控制管线振动的措施。这些措施包括调整管线模态频率，模态形状，减小弯头转角，在最大管线位移位置处添加减振器、或阻尼器、或支撑等。     

基于旋转激励的钻柱激振减阻工具的研制

为解决大位移钻井过程中钻柱与井壁间摩阻和扭矩大的问题,研制了JZJZ-1型钻柱激振减阻工具。该工具以螺杆马达为动力来源,利用螺杆马达带动激振机构旋转产生激振力,周期性减小钻柱作用于井壁上的正压力,达到减小钻柱与井壁摩阻的目的。试验结果表明,测试过程中激振减阻工具振动强烈,在排量15 L/s时,工具激振频率为10.4 Hz,激振力达到1 300 N,工具压耗在可以接受的范围内,设计的激振减阻工具满足要求,为大位移井提速提供了技术支撑。     

埕岛油田服役中后期海洋平台冰激振动疲劳分析

对埕岛油田服役中后期的海洋平台在动冰力作用下的疲劳强度进行了计算分析,以保证海洋平台在服役期间的结构安全.依据Maattanen自激振动冰力模型,分析了平台结构产生冰激自激振动的条件;基于SACS程序建立了现役在位平台有限元计算模型,进行了平台的冰激振动疲劳分析;探讨了海冰自激冰力和结构振动的响应特性,并比较了平台在不同冰况下的动力响应.结果表明,当海冰引起自激振动时平台结构响应显著增大.最后通过疲劳分析得出平台在服役中后期冰激动载荷下强度满足要求.     

振动减摩阻工具振动参数及安放位置研究

为了解决振动减摩阻工具缓解定向托压时效果不稳定的问题,研究了该工具的振动参数及安放位置。在分析托压机理的基础上,从振动管柱的受力分析入手,讨论了振动参数优选与振动减摩阻工具振动源安放位置优化的问题;以典型的三段式（直—增—稳）井眼轨道为例,编制软件对振动源安放位置的影响因素进行了模拟分析。根据理论探讨和模拟分析结果提出的振动源安放位置的优化方法,在定向井C26-12X井进行了现场试验,证明了安放位置计算方法的合理性。理论分析和现场试验结果表明,振动源输出的激振力与井身结构等因素共同影响其在钻具中的受拉极限位置和受压极限位置;提高工具输出激振力可增大有效作业范围;设计振动源的振动频率时,优先选用10 Hz以内的振动频率以延长管串使用寿命;定向中轴向力、侧向力和摩阻相互影响,下部钻柱摩阻会使钻柱整体摩阻增大,振动减摩阻工具应优先安放在靠近钻头的位置。      

振动增油器的研制及应用

1　结构和工作原理振动增油器的结构如图 1。抽油井在生产过程中 ,井下油管内液柱载荷在上下冲程中交替地分别由油管柱转移到抽油杆和由抽油杆转移油管柱上 ,使油管柱周期性地增载和减载 ,油管柱内周期性变化的液体载荷激励油管柱弹性振动 ,由于增油器和油管柱连为一体 (如图 2 ) ,从而使增油器上的振阀和波片产生振动 ,增油器在井下液体内工作 ,将油管柱的纵向弹性振动转变为横向压力波动 ,振阀在油管柱弹性伸缩作用下 ,产生频率为 0 .1～ 0 .15Hz的高强冲击波施加于油层 ,产生解堵作用。波片在油管柱弹性振动激励下 ,产生多种频率振动波 …