高产气井完井管柱横向振动分析

考虑完井管柱轴向激振力及自重力的影响,运用瑞利-里兹级数法描述了高产气井完井管柱挠曲变形方程.以此为基础,根据雷利(L.Rayleigh)法导出了高产气井完井管柱横向振动频率方程,进而得到了钻柱在管柱相应振动频率下的钻速方程.分析结果表明:该数学模型的精度较高,实用性较好.为揭示高产气井完井管柱横向振动规律提供了一种行之有效的方法.     

含液气井采气管柱优选

生产管柱的选择对气井生产的影响很大,合理的生产管柱可以提高气流带水能力,排出井底积液,从而延长含液气井稳定生产能力。从现有的管柱优选方法出发,针对含液气井生产情况,提出了含液气井采气管柱优选方法,即运用Hagedorn和Brown模型进行管柱压力损失研究,运用Turner模型进行临界携液流量研究,运用Beggs模型进行冲蚀流量研究,然后运用节点分析法进行敏感性分析,从以上4个方面对油管合理内径的选择进行分析,从而确定出含液气井采气管柱合理内径。     

凝析气井最低允许产量公式及其应用

凝析气井最低允许产量的计算,对优化生产管柱、判断井底是否积液等具有十分重要的意义。从流体的流动过程和其中的影响因素出发,考虑了各种参数的物理意义。严格推导了凝析气井最低允许产量计算公式,计算了不同油管直径和井底压力条件下气井的最低允许产量,并对可能产生井底积液的情况进行了分析和判断;计算了不同压力和气井产量条件下油管的直径,并对管柱进行了优化研究,得到了合理的气井最大油管直径,超过此直径,则在井底将产生积液。从而影响气井的正常生产;分析了提高气井排液能力的几种可能性。     

深水高压气井开关井作业窗口分析

针对深水高压气井测试生产过程中频繁开关井作业诱发生产管柱耦合振动失效安全问题,以南海某深水高压气井为例,充分考虑管柱与天然气之间的泊松耦合和摩擦耦合作用,建立了深水高压气井生产管柱和天然气耦合振动模型,分析开关井作业过程生产管柱振动特性,建立并优化深水高压气井开关井作业窗口。研究结果表明:考虑流固耦合作用下管柱固有频率有所降低,不易发生"锁频"现象;开关井作业过程中管柱振动幅值随着天然气产量增大而增大;对于大产量油气井,延长开关井作业时间,并减小扶正器间距,可有效扩展开关井作业窗口,减少开关井作业对深水油气生产管柱的损伤。上述成果可为深水高压气井生产管柱设计及安全作业提供理论依据和工程指导。     

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。     

流体作用下钻柱运动状态试验研究

考虑钻柱在井口、井底的位移边界条件和力边界条件,建立了直井内钻柱与钻井液耦合动力学试验装置,进行了不同激振频率、不同轴向激振力、不同排量条件下的杆柱振动试验和不同轴向激振力、不同转速、不同排量条件下的杆柱旋转试验。试验结果表明,激振频率、转速和循环流体是影响钻柱运动状态的主要因素。在空气介质的情况下,随着激振频率的增加,杆柱的横向位移基本保持不变,轴向激振力、轴向加速度有显著增加;在循环流体作用下会减小轴向激振力、轴向加速度的增长趋势。在空气介质的情况下,随着转速的增加,轴向激振力变化不大,而钻柱的横向位移、杆柱轴向加速度均呈现出增加的趋势;但在循环流体的作用下,轴向激振力、振幅及钻柱的加速度振幅都降低,加速度振幅也显著降低。可见,流体循环可明显改善杆柱振动。     

高产气井完井管柱纵向振动特性分析

高产气井完井管柱是高产气藏采气过程中的关键工具。在高产高速气流作用下,完井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,产生剧烈的振动。搞清高产气井完井管柱的纵向振动特性,为完井投产及采气作业提供理论依据和技术参考,具有实际意义。针对高产气井实际工况,以井下管柱为研究对象,基于结构振动理论,运用位移激励法建立了高产气井完井管柱在轴向激振力作用下的纵向振动力学模型,采用解析法导出其固有频率和振型。算例分析结果表明,完井管柱无阻尼纵向振动一阶振型是简单的正弦函数,具有固定的周期,一阶固有频率为0.281 Hz,表明完井管柱无阻尼振动频率较低。     

高压高产气井完井管柱振动特性及安全分析

目前针对油气井完井管柱振动的研究没有考虑气体诱发管柱横向和纵向耦合情况,而实际管柱与管内流体存在横向和纵向的相互影响。为此,对完井管柱系统流固耦合振动响应进行初步分析和探索,建立了气井完井管柱流固耦合模型,编制了相应的Fortran程序,并结合华北油田某完井管柱现场数据,讨论了产气量、井口压力和气体密度等参数对管柱振动特性的影响。研究结果表明:在开阀门的瞬间,完井管柱产生剧烈振动,随着产出气体压力逐渐稳定以及管柱自身的刚度具有抵抗变形的能力,管柱的振动呈现逐渐衰减的趋势;随着产气量的增加或井口压力的降低,气体对管柱的作用力增大,管柱振动产生的变形增大;当气体密度增加时,管柱与气体之间的摩擦耦合作用加剧,管柱振动增强。研究结果对于降低完井管柱的振动和保护管柱安全具有重要意义。     

基于ANSYS Workbench完井管柱流固耦合振动固有频率分析

试油完井工况下,处于高温高压环境中的管柱易受到压力、轴向力、温度以及流固耦合作用的影响而引发振动。以完井管柱为研究对象,在ANSYS Workbench中建立完井管柱的有限元模型,用六面体八节点单元进行了网格划分,并对流体和固体设置流固耦合交界面,分析了内压、轴向力以及流固耦合作用对完井管柱固有频率的影响。研究结果表明,完井管柱的固有频率随着管柱内压的增加而减小;完井管柱固有频率随着轴向力的增加而增加;流固耦合作用会降低管柱的固有频率。当管柱内流体为天然气时,管柱的固有频率减小1.4%;当管柱内流体为水时,管柱的固有频率减少18%,液体与管柱流固耦合作用对管柱固有频率的影响大于气体。该分析为试油完井管柱安全性评估和结构优化提供了理论支持。     

影响井下测试管柱安全性参数特征及安全性评价方法研究

影响测试管柱及地面管线安全的主要因素包括:轴向变形量、轴向力分布和强度;影响测试管柱及地面管线受力变形的主要因素包括:管内外流体压力、温度、流体流动阻力、地层压力等;影响测试管柱及地面管线强度的重要因素是腐蚀.进行复杂井测试管柱力学分析、对其防腐机理及安全性进行研究具有重要意义.