考虑纵向振动的注入管柱安全性分析

针对底部无约束的注入管柱安全性问题,采用机械振动相关理论,将注入管柱简化为单一自由度的振系。据此模型,推导了注入管柱在发生纵向共振时的轴向抗拉安全系数计算公式。采用这一公式,对某注入管柱失效事故井进行管柱安全性分析。该井注入管柱的静态轴向抗拉安全系数为1.72,但考虑纵向振动时其安全系数仅为0.99,这一结果更加符合现场实际。指出注入管柱安全风险在于振系阻尼系数低,并提出了增加阻尼装置和使用锚定工具2项消减措施。     

地层测试管柱力学分析

地层测试是油气田勘探和开发的重要过程。在地层测试过程中,测试管柱在多种载荷作用下,形成复杂的应力和应变,有时会引起管柱的屈服破坏、断脱破坏或发生永久性的螺旋屈曲,造成较大的经济损失。根据地层测试作业过程,考虑井眼轨道、测试管柱的组成、井内流体的性能、管柱内外压强、管柱与井壁的摩擦系数、地温梯度、空气温度、油管温度、测试阀的类型、封隔器的类型、封隔器的活塞效应、管柱螺旋失稳效应等参数,建立了测试管柱在整个作业阶段的力学分析数学模型,并用差分法求解,给出沿整个管柱的拉力、扭矩、应力、安全系数、稳定性、伸长等参数。用Visual Basic 2008编制了计算软件,并进行了现场应用。     

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。     

高温高压井APR试油测试管柱中伸缩管作用机理分析

高温高压井APR试油测试作业在储层改造、放喷测试等工况下井筒压力、温度会改变,APR试油测试管柱的长度会随着井筒环境的变化而发生改变,为了保障管柱在作业期间受力稳定,有时需要在管柱中设置伸缩管来补偿管柱的长度变化,因此,有必要对伸缩管在管柱中的工作机理进行系统的分析总结。文章从RTTS封隔器工作原理、性能包络线等方面阐释了伸缩管对封隔器保持有效坐封的影响,计算了伸缩管设置对管柱三轴应力强度安全系数的影响,最后分析了伸缩管对液压旁通阀工作的影响。通过现场实例分析,验证了伸缩管的设置应主要以液压旁通在井下的工作和提高管柱三轴应力强度安全系数为出发点,而以保持RTTS封隔器有效初始坐封压重为目的的做法不符合实际情况。分析结论对优化高温高压APR试油测试管柱中伸缩管的数量和下入深度、保持管柱的强度安全和井下测试工具的可靠性具有很好的指导作用。     

高温高压深井地层测试工具低频度失效案例解析

高温高压深井苛刻的井底工况，很容易使测试工具的缺陷和瑕疵扩大，从而造成地层测试作业的失败。测试作业人员如果没有丰富的经验以及充分的防范措施，很难确保测试作业的高成功率，尤其是一些低频度的工具失效形式，更是增加了测试失败的几率。文章针对在一些案例井中出现的RDS阀循环孔提前开启、RDS/RD阀循环孔无法开启、测试管柱发生单向串漏、油套压力间歇性窜漏等罕见的失效形式，经过逐步的解析，发现了破裂盘的焊接质量问题、密封圈抗气爆性能失效、套管的大尺度变形及磨损、温度效应造成管柱长度的大范围伸缩等潜在原因。从而提出了加大破裂盘的抽检比例，并且在其安装在外筒后，坚持按照破裂值80%试压；选择抗气爆性能优越的密封件；测试前开展套管磨损检测及分析计算；开展作业全过程管柱三轴应力分析计算等对应解决方案，进一步提高了入井工具应用的成功率。     

高温高压深井天然气测试管柱力学分析

高温高压深井由于地层具有很大的不确定性,测试过程中油气产量、压力、温度等参数变化范围大,使得深井测试中易出现井下工具和管柱变形、断裂等问题。以测试井井筒压力、温度预测计算为基础,结合高温高压深井的特点,分析了压力、温度变化和流体流动引起的活塞效应、螺旋弯曲效应、鼓胀效应和温度效应对井下测试管柱受力和变形的影响,并建立了测试过程中井筒内温度、压力随井深变化的预测模型,编制了高温高压深井的测试管柱力学分析软件。该成果为高温高压深井测试管柱强度设计与校核、施工参数计算等提供了依据。     

高压射孔测试管柱力学行为仿真

在高压深井中,测试管柱的损坏成为油气井测试失败的主要原因之一。管柱在下端受压会发生螺旋屈曲,受力变形比较复杂,难以应用理论公式直接进行准确的计算,无法正确反映井下复杂的实际情况。采用ABAQUS有限元分析软件建立中和点以下测试管柱三维仿真模型,综合考虑管柱轴向力、井壁摩擦力、内外压、管柱自身重力等影响因素,对其在不同危险工况下进行管柱力学行为模拟。形成了一套基于ABAQUS软件下研究测试管柱变形的分析方法,并在某地区A井的应用中取得了良好的效果。此方法能够真实地反映测试管柱的变形规律,可对深井勘探现场测试工作提供系统的技术指导。     

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。     

气举测试管柱

在试油工艺中,普遍应用气举排液法。为了促进科学试油系统工程的开展和应用,发挥地层测试效果,本文介绍了一种新的地层测试管柱——气举测试管柱结构设计,测试原理及实例分析、使用操作,在应用扩展部份还介绍了几种不同用途的气举测试管柱。使用该测试管柱既能取得气举排液的效果,又能取得地层测试的效果。     

地下储气库油管轴向变形安全评价研究

地下储气库在天然气供需关系中发挥着季节调峰,平衡管网压力和战略储备的重要作用。周期性地循环注采和强注强采工况是储气库现行的工作环境。由于压力、温度、气量的不断变化,储气库注采气井管柱受高压气体,循环交变载荷,冲蚀等多种因素影响,存在气井管柱失效风险。所以开展对管柱受力、变形分析研究,计算管柱在不同工况下安全系数,制定合理生产范围,对储气库安全、平稳、经济、高效的运行有重要意义。以地下储气库直井为例,管柱在轴向上受到"温度、胡克、活塞、鼓胀、螺旋弯曲"五种效应共同作用,通过Well Cat软件,计算管柱在不同工况下五种效应产生的轴向变形量以及管柱的抗拉、抗挤、抗内压安全系数。通过研究表明,受封隔器制约,五种效应综合形变为零,安全系数大于设计要求。     

川东北三高气井测试管柱力学研究

川东北海相碳酸岩气藏地质条件复杂,气井高温、高压、高产使测试管柱在整个测试过程中载荷和变形变化复杂,给完井测试工作的安全、高效开展带来了挑战。针对川东北三高气井测试管柱工作条件和测试作业的特点,考虑管柱组合、管柱载荷、高温高压等因素及屈曲状态、井口和封隔器约束的影响,并综合考虑管内外流体压力、黏滞摩擦、弯曲失稳后法向支反力及库仑摩擦力的影响,给出了井下管柱载荷、变形计算方法与公式。在此基础上,使用可视化Visual Basic语言编制了测试管柱力学分析软件,并使用软件对川东北元坝1井测试管柱进行力学分析,证明了软件和数学模型的科学性和实用性。     

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。     

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。     

完井管柱受力计算与分析在注气井的应用

完井管柱受力计算与分析是完井工艺设计的重要组成部分。在极端条件井中,如注气井、气井及高压措施井尤为重要。当井内压力和温度等条件发生变化后,管柱上将出现4种效应:活塞效应、螺旋弯曲效应、膨径效应和温度效应。如井内管柱带有封隔器,封隔器坐封后,由于井口和封隔器两端固定,这些力将直接作用在井口和井下工具上。因此,必须对这些力进行计算,使其不能超过管柱及其井下工具的极限值。否则,应对管柱进行重新设计。本文较详细地介绍了井的状态对管柱的影响、管柱受力与长度变化的因素及计算方法,并结合实例给出计算步骤和结果。本文介绍的方法也同样适用于其他施工,如注水泥、封堵窜槽等管柱的设计计算中。     

高温致测试管柱伸长和受力计算分析

以番禺5-8-1井测试管柱为例,分析了海上高温油井测试期间因温度变化导致的测试管柱轴向伸缩变化,以及这些变化对施工工具和参数选择的要求,并对比分析了管材热膨胀系数的温度效应对管柱伸长量的影响。分析结果表明,高温引起的测试管柱轴向伸长量与施工步骤和时序关系密切,且与管材的热膨胀计算方法有关。因此,在设计高温油井测试管柱及确定伸缩节的数量和安装位置时,应充分考虑诸种因素的影响。伸缩节的预留伸缩距应该足以吸收管柱的变形,并留有适当余量。综合考虑番禺5-8-1井的测试过程,建议使用4个伸缩节。     

���¸�ѹ����Թ�����ѧ�о���̽

高温高压深井测试管柱的工作力学分析是测试工程设计的关键技术之一。确定测试管柱结构往往要经过多种作业工况。如何控制测试管柱的施工作业参数及其测试管柱内外流体性质、掏空深度以及井口油压、套压等，确保各工况下测试管柱的强度及井下封隔器安全，其关键是在设计阶段详细分析高温、高压及高流速下测试管柱的受力、变形及强度，从而确定出各工况下的极限操作参数。文中在简述测试管柱构成及其施工工序的基础上，详细分析了各工况下测试管柱载荷变化规律，给出了管柱变形及强度计算的近似公式，以此确定出测试管柱的极限工作参数，进而指出了高温、高压深井测试管柱力学分析中尚待深入研究的问题和方法。特别指出在流动测试工况下高速气流对管柱的摩擦力、冲击力等对测试管柱变形及强度的影响，以及高速气流与测试管柱的动态耦联振动分析是高温高压深井测试管柱分析的特殊问题，应予以高度重视，以确保测试管柱的安全可靠及测试的成功。     

地层测试开关井操作方法研究

通过对MFE测试管柱、MLT测试管柱、APR测试管柱结构进行研究，分析了三种测试管柱在开关井操作中的优缺点，针对不同的井况对测试管柱进行了优选。     

不同形式插管封隔器分段压裂管柱力学分析

部分非常规油气井会采用插管封隔器分段压裂管柱进行分段压裂完井。为了保障该管柱在分段压裂过程中能够安全可靠,研究了不同形式下插管封隔器分段压裂管柱的受力情况。以最典型的插管封隔器分段压裂管柱为研究对象,利用管柱轴向位移与变形理论得到了管柱总位移的计算模型。通过归纳分析管柱在分段压裂过程中的受力情况,建立了插管封隔器分段压裂管柱强度校核模型。以国外某油田油井的实际数据为例,计算了不同形式下插管封隔器分段压裂管柱的各种效应和强度校核结果。研究结果表明,不同形式的插管封隔器分段压裂管柱所对应的各种效应的数值和强度校核安全系数不同,并且地层破裂压力越高,管柱的回接形式对管柱安全的影响越大。该研究为同类型插管封隔器分段压裂管柱的受力分析提供了一定依据。     

高温高压气井测试管柱的横向振动与稳定性

从测试管柱内的气流流动诱发管柱横向振动与管柱稳定性的角度进行了分析。根据汉密尔顿(Ham ilton)原理推导了输送天然气的测试管柱横向振动方程,给出了测试管柱横向振动频率与失稳的临界速度计算方程,并讨论了管内流体流速对管柱的振动频率和稳定性的影响。结果表明,天然气在管柱内流动对管道的振动频率和稳定性有较大影响,管柱横向振动的固有频率取决于管道的抗弯刚度EI、管道的几何参数(跨距L、过流面积A)、管内流体密度ρ和流速v,且随着管内流速v、跨距L的增加,管柱横向振动频率呈下降趋势;高温高压气井高流速作用下的实际测试管柱在井筒中可能存在多处失稳,进而导致封隔器失封、测试管柱连接螺纹松扣甚至疲劳断裂等事故。     

莺琼盆地超高温高压气井测试技术

南海莺琼盆地超高温高压气井井底温度接近200℃,地层压力系数超过2.3,且部分井CO₂含量高。超高温高压气井测试作业面临测试管柱设计复杂、高密度测试液易沉降、测试管柱及封隔器受力复杂、测试管柱失效风险高等一系列难题。为此,研制了超高温高压气井测试技术。该技术使用RD旁通试压阀有效解决了管柱密封性检验与管柱插入之间的矛盾,同时,使用选择性测试阀解决了测试工具响应问题;使用超细重晶石加重测试液,合理控制测试液pH值,显著提高了高密度测试液的沉降稳定性及抗CO₂污染性;通过模拟计算,分析封隔器受力及管柱伸缩量,有效降低了测试管柱失效风险。该技术在南海莺琼盆地3口超高温高压气井测试作业中进行了应用,成功率为100%,无事故发生,为海上超高温高压气井的安全测试提供了技术支持。