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。     

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。     

碳酸盐岩储气库注采管柱动态形变测试与分析

储气库注采管柱长期在高压、大气量工况下工作,存在温度、压力、注气量变化等多种因素的影响,受力情况复杂,为了落实新建储气库注采管柱的安全可靠性,在进行理论计算分析的同时,开展了现场测试。重点对测试结果进行归纳分析,取得了在静态工况和注气工况下的管柱轴向及径向的形变规律,为储气库管柱安全分析提供了实测数据支持。     

深井试油管柱力学分析及其应用

针对深井管柱温度高、注液压力大,管柱受力复杂等特点,综合考虑井身结构、管柱组合、工况、施工顺序等因素,考虑封隔器的约束和温度、压力变化引起的温度效应、螺旋弯曲效应等四种效应对管柱受力、变形的影响,给出了试油井下管柱轴向受力、变形、应力计算方法,并结合油田现场实际对流体摩阻的计算方法进行了简化。根据理论分析开发了深井试油井下管柱力学分析软件,在管柱组合设计与强度校核、施工参数计算方面具有一定的指导意义,在胜利油田和大港油田已实际运用多次。     

一种简易高压注气管柱的探讨与应用

鉴于国内高压注气管柱投入过高的状况,在现有注气管柱设计的基础上,针对中原油田高压注气现状,设计出一种结构上更为简单的注气管柱。通过受力分析及地面试验,对该管柱结构的合理性、承压状况及气密封性能进行了论证,结果表明:所设计管柱可完全满足高压注气承压及气密封的技术要求;管柱在现场油套环空替入平衡液的情况下,最高井口承压达62MPa,稳定承压56.5MPa,最高气密封压力达51.5MPa,稳定工作时间在半年以上。设计的简易管柱完全可满足小断块油田高压注气的要求。     

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。     

基于多弹簧—空间梁有限元模型的海上热采管柱力学分析

海上稠油多元热流体热采过程中,高温、高压环境给作业管柱的安全带来很大威胁,而目前并没有针对多元热流体热采作业管柱的受力分析方法来分析井下管柱受力情况,以进行强度校核和工具设计。本文采用多弹簧—空间梁有限元方法建立了海上热采管柱受力分析模型,解决了作业过程中管柱—井筒非线性接触问题,形成了海上热采管柱力学分析有限元方法,并通过计算软件实例分析了海上某热采井作业过程中管柱结构力学参数,获得了随井深变化的管柱径向位移、摩擦力、轴力及安全系数,为后期热采管柱设计和校核提供方法。     

稠油天然气吞吐注采一体化技术研究

针对吐玉克油田稠油注天然气吞吐过程中,管柱的气密封性不能满足高压注气安全要求、每个吞吐周期的注气投产需要进行换管柱作业等问题,设计了以注采一体化井口和井下气密封管柱为主的注采一体化配套管柱。既保证了杆柱悬挂的密封性,又满足了50MPa高压注气需求和注气吞吐后的生产需要,实现了注气和转抽作业工序的直接转换,大幅度降低了作业成本,减少了对油层的二次伤害。现场应用的2口井生产正常,已累计增油339t,取得了很好的效果。     

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。     

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。     

注气井中油管轴向位移计算比较分析

为了确定油管在正常作业、注入措施作业中封隔器的坐封位置、轴向位移补偿量以及判断封隔器是否解封,根据弹性力学理论得出了不同条件下油管柱的轴向位移量,综合考虑了在不同工况下由活塞效应、螺旋弯曲、径向压力、温度变化、松弛力以及摩阻等因素引起的油管轴向位移;同时考虑了在注气油管内气体的横向压力效应,运用VB语言编制程序,将各自计算结果进行了比较分析。结果表明,在注气油管内考虑横向压力效应时与常规油管长度计算油管轴向位移有明显差异;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,在注入速度过大时对轴向位移有明显影响。     

华北储气库注采气井管柱优选研究

随着华北油田储气库群建设工作逐步展开,对注采井管柱优选是储气库安全运行的重要保证。通过对气藏注采方案下不同管径的注采能力、携液和冲蚀情况进行分析,优选出注采井管柱管径;同时,通过对比直井注/采过程油管的受力计算,和对丝扣连接强度校核\,抗内压强度和抗外挤强度校核,并考虑到温度和压力的作用,计算出管柱受力情况,进而优选出管柱级别。基于该方法优选的储气库注采管柱在储气库注采井得到采用,效果良好。     

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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。     

深层高温高压气井完井测试管柱失效分析

深层高温高压油气井完井测试管柱的安全可靠对于确保深层油气的安全高效开发具有重要意义。考虑测试过程中的温压变化、管柱端部约束及屈曲摩阻等因素综合影响,建立了测试管柱受力分析模型,开发了深层高温高压气井完井测试管柱力学分析软件,对新疆顺南地区某井测试管柱进行了温度压力分析、受力变形计算和力学强度校核,揭示了该井完井测试管柱失效的原因。结果表明:利用开发的软件能够较为准确地分析高温高压井测试管柱所处的温压环境,并能对其进行受力变形分析和强度校核,可用于工程实际;该井测试管柱表面受到的局部腐蚀损伤和产生的裂纹会使管柱强度降低,是导致其失效的主要原因;该地区高温高压井中腐蚀对管柱力学强度的影响应给予特别重视。该研究可为高温高压井完井测试管柱优化设计及安全控制提供理论依据。     

实验设计方法在气井完井管柱选择中的应用

当深层高温高压气井采用酸压措施生产一体化管柱完井投产时,既要防止管径太小酸化压裂时摩阻太大导致井口施工压力太大,影响井口的安全性,也要防止管径太大井筒携液能力差,使气井过早停喷,因此需要选择合理的完井管柱或完井管柱组合。通过利用实验设计软件对影响气井井口施工压力的4个主要参数进行优化设计,在优化设计的基础上对设计出的14种参数组合进行了井口施工压力计算,并进一步回归出了井口施工压力计算方程,经与实际计算的结果对比,模型的平均相对误差为0.24%,同时还利用优化设计得到了不同井深不同管柱组合下的井口施工压力曲线图版,可以从图版上很直观地选择管柱。运用该方法可以计算不同参数组合下的井口施工压力并进行敏感性分析,也可以对新井进行管柱优化设计。     

高温高压高含CO2气藏试气井下管柱力学研究

吉林油田松辽盆地南部长岭断陷深层火山岩气藏地质条件复杂,气井高温、高压、高产、高含CO2,给经济、安全的试气工艺带来了挑战。针对吉林油田深井试气管柱结构、试气作业的特点,考虑内外压力对管柱稳定性的影响及深井高速气流的作用,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,建立了管柱失稳变形的微分方程,以此分析了管柱弯曲失稳的临界栽荷和管柱在井下的栽荷、应力及变形情况,用可视化Visual Basic语言编制了井下管柱力学计算软件,并分析了在长深×井试气工作中的应用情况。所建立的模型和编制的软件对将来类似井作业具有实际的指导和借鉴意义。     

高压注水管柱变形及强度校核研究

对于特低渗透油藏,常规压力注水已不能满足生产要求,必须采取高压注水,但是高压注水会使管柱发生较大变形,而常规的强度校核方法也受到公式适用范围的限制。以油田常用的高压注水管柱为例,详细阐述了高压注水条件下管柱变形及强度校核的计算方法。     

高压注水管柱受力分析

进行高压注水管柱受力分析的目的就是根据注水条件研究注水管柱在不同过程中的各类效应，以及这些效应对管柱产生的受力和变形规律，从而明确注水管柱的工作状态，保障注水管柱有效合理地工作。较详细地分析了高压注水管柱在锚定、坐封以及注水3个过程中的受力状态和变形情况，并分析了高压注水管柱在不同过程中受到的各种效应的影响，推导出注水管柱在不同过程中的应力及变形的计算公式，并给出了算例。