“虚力”产生的原因及特点分析—封隔器管柱受力分析系统讨论之二

在封隔器管柱受力分析中,“虚力”是管柱受力分析计算中的一个重要参数,但长期以来对“虚力”的认识并未取得突破性进展,从而使“虚力”问题变得十分令人费解,文中将证明“虚力”是管柱在弯曲状态下的流体作用力,并对其特点进行分析,以便为封隔器管柱受力分析计算奠定严密的科学基础。     

端部约束细长无重管柱螺旋弯曲分析

由于Lubinski管柱力学理论未考虑端部边界约束对管柱螺旋弯曲的影响,试油作业中经常出现封隔器失封、测试工具损坏的现象。采用静力平衡法建立细长无重管柱弯曲微分方程;通过分析端部约束为固定端时弯曲微分方程的解,得到细长无重管柱弯曲构型与载荷之间的关系。并将结果与Lubinski管柱力学理论对比,通过实例,提出了合理组合管柱的建议。     

封隔器管柱屈曲变形及约束载荷分析

目前的封隔器管柱屈曲分析没有考虑靠近封隔器段非螺旋屈曲段管柱,没有给出非螺旋屈曲段管柱的变形表达式和封隔器对管柱的约束载荷。鉴于此,取管柱微元体进行受力分析,根据平衡条件和小挠度梁屈曲理论,得到了紧靠封隔器段平面屈曲管柱及螺旋屈曲管柱的屈曲变形微分方程;根据屈曲变形微分方程,利用边界条件得到了紧靠封隔器的平面屈曲管柱的挠度,推导出了封隔器对管柱的约束力和约束弯矩,可供管柱强度校核及封隔器胶筒设计参考。     

水平井双封隔器管柱力学分析

水力压缩式封隔器在坐封时会使管柱产生轴向应力,严重时会影响管柱的强度。以水平井双封隔器管柱为研究对象,考虑2个封隔器分别坐封时井口压力的大小,基于拉梅公式、广义胡克定律和杆件变形理论,推导了在井口压力的作用下管柱的轴向力、轴向应力及变形量计算公式。计算结果表明,当封隔器Ⅰ、Ⅱ先后以10 MPa和15 MPa井口压力坐封时,封隔器Ⅰ、Ⅱ之间的管柱轴向应力由49.94 MPa降低为15.08 MPa,而弯曲段到封隔器Ⅱ之间的管柱轴向应力由58.05 MPa 增加到107.96 MPa。由此可知,后坐封的封隔器会使其到弯曲段的管柱轴向应力增加,而使其到先坐封封隔器的管柱轴向应力降低,所以管柱的危险截面出现在后坐封的封隔器到弯曲段之间。     

允许自由移动的封隔器管柱受力变形计算分析

允许自由移动的封隔器管柱是油气井封隔器完井的一种重要类型,油气井内压力和温度变化会导致封隔器管柱受力,从而发生变形。因此,计算自由移动封隔器管柱的变形量是整个管柱受力分析的重要组成部分,也是保证井下作业成败的关键因素。文中对自由移动封隔器管柱进行了受力分析,对管柱的变形量公式进行了推导,并给出了实例进行论证。     

进行管柱受力分析时值得重视的若干问题

对于压力和温度不太高或不合硫化氢的油气井封隔器管柱受力分析都比较简单,但对于井深、压力高、温度高、含硫化氢的气井,管柱受力分析就比较复杂了。高温高压含硫深气井在进行封隔器管柱受力分析时需要考虑相当多的技术问题,特别是技术细节问题,只有做到这样才能抓住管柱受力分析的关键和根本,使管柱受力分析建立在可靠的工艺基础上,也才能使完井试油和完井生产封隔器管柱在使用过程中更安全更可靠,防止封隔器管柱受力分析中出现简单化、主观化、片面化等问题。为此,笔者结合高压高温含硫深气井封隔器管柱受力分析研究、设计、实践经验谈谈自己的一些体会。     

自由移动封隔器管柱变形量计算分析--封隔器管柱受力分析系统讨论(之四)

自由移动封隔器管柱是油气井封隔器完井的一种重要类型 ,在油气井封隔器管柱完井工艺中 ,井内压力、温度、流体发生变化后 ,自由移动封隔器管柱变形量计算是该封隔器管柱受力分析中十分重要的工作 ,是保证安全成功地进行完井作业的关键。文中对该封隔器管柱变形的有关问题进行了分析 ,对管柱变形量计算公式进行了推导和讨论 ,并给出了算例。     

超深井射孔管柱动态力学分析

超深井射孔完井过程中,射孔瞬间形成的动态载荷对射孔管柱产生影响,严重时会使射孔管柱弯曲、断裂.通过管柱动力学理论分析,利用PulsFrac射孔工程软件对射孔管柱在超深井井况下进行力学仿真.利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对射孔管柱进行隐-显动力学分析.认识到射孔管柱受到口袋长度、井液密度、管柱长度、射孔厚度、井深以及枪弹变化等因素影响,射孔时受约束的封隔器下端面处射孔管柱受力最大.提出了提高油气井射孔管柱安全性的6项措施.     

不能移动封隔器管柱变形受力分析——封隔器管柱受力分析系统讨论之五

不能移动封隔器管柱是油气井封隔器完井的一种常见类型 ,在井内压力、温度、流体 (井内压力、温度、流体简称井内条件 ,下同 )发生变化时 ,不能移动封隔器管柱受力分析是保证井下安全和完井作业成功的关键 ,同时该管柱受力分析与自由移动封隔器管柱受力分析有很大的差别。文中对不能移动封隔器管柱变形受力的有关问题进行了分析、推导和讨论 ,并给出了算例。     

斜井分层注水工艺技术研究

结合江汉油田注水井的现状,通过对水力压缩式封隔器胶筒、无锚定的斜井分层注水管柱以及采用锚定加扶正的斜井分层注水管柱进行理论受力分析及管柱变形量计算,找出了斜井分层注水管柱中封隔器失效快的原因主要是封隔器胶筒不居中及管柱伸缩蠕动比较厉害,研究了一套适合于斜井分注的工艺技术,通过采用扶正技术、伸缩补偿技术及锚定技术解决了斜井中封隔器胶筒不居中及管柱的伸缩蠕动弯曲问题,从而极大地延长了斜井分注井的使用寿命。     

初始管柱压缩量计算分析—封隔器管柱受力分析系统讨论之三

初始油管压缩量计算,是某些封隔器管柱受力分析计算的重要参数,它不仅能够对封隔器坐封时现场施工提供指导,而且还是后续施工或完井过程中计算管柱的受力和变形的基础,文中对初始管柱压缩量计算公式进行了推导和分析,并给出了算例,现场应用表明,经典方法的误差比文中介绍了的方法的误差大得多。     

单封隔器抽油管柱受力变形分析

分析了直井中单封隔器抽油管柱在坐封前后的受力、变形状态。提出了一种准确计算封隔器坐封前后管柱变形、封隔器坐封高度及管柱附件位置的方法,对设计工艺管柱结构、现场校核管柱附件深度具有重要意义。     

带封隔器的油套合压管柱油管临界排量计算

为防止油套合压过程中封隔器因承受较大活塞力而发生移位,开展了保证封隔器不发生移位的油管临界排量计算研究。通过管柱受力分析,建立了压裂管柱轴向力计算模型,利用有限元分析软件模拟了封隔器胶筒的锚定力。根据压裂管柱所受轴向力与锚定力的关系建立了保证封隔器不发生移位的油管临界注入排量计算模型。通过计算得出:当地层破裂压力梯度为2.1 MPa/100m时,井深2 000.00 m处φ60.3,φ73.0及φ88.9 mm油管的临界排量分别为0.965,0.810和0.470 m3/min;而在井深3 000.00 m处,3种尺寸油管的临界排量分别为1.120,0.985和0.680 m3/min;临界排量随井深增加而增大,随油管尺寸增大而减小;在选取的地层破裂压力梯度范围内,地层破裂压力梯度为1.8 MPa/100m时,φ88.9 mm油管的临界排量最小,为0.46 m3/min。研究结果表明,油管排量大于临界排量可有效防止封隔器发生移位,有助于确保油套合压过程中压裂层位和压裂深度的准确性。      

异常高压特高产气井井下管柱力学分析

对异常高压、特高产气井完井及生产过程中的管柱受力进行分析,是确保气井长期安全生产的重要课题之一。现有的管柱力学计算方法基本是建立在Lubinski模型的基础上,只能分析、计算封隔器坐封好后由于温度、压力的改变而产生的温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋弯曲效应,而对于封隔器坐封前后管柱受力的变化、浮力的转移、生产过程中气体的粘滞力则没有现成的计算模型。文章通过将管柱受力分解为管柱入井、假定工况不变且无位移情况下的封隔器坐封以及工况改变且有位移时的封隔器坐封三步,在逐步推理的过程中分析了克拉2气田3口异常高压、特高产气井在完井过程中的管柱受力问题,对封隔器坐封前后浮力的转移、坐封过程管柱受力的变化进行了分析计算。并且采用新方法对生产过程中气体的粘滞力进行计算,最终给出了针对异常高压、特高产气井完井及生产的安全建议。     

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。