哈法亚油田分层注水管柱力学分析与研究

发布时间：2020-07-07 15:24

【摘要】：伊拉克Halfaya油田开采时间短,因油层压力下降导致开采率较低,所以采用注水来提高井压,从而提高其开采率。初期,在油层底部进行笼统注水,短时间内起到了一定的作用。随后,出现了注水窜层等问题。为了实现油层的有序开发,解决油层压力低带来的开采率低的问题,需要对油层进行分层注水,Halfaya注水管柱结构不同于国内常见的注水管柱结构,为保证注水工艺措施的有效进行,为石油开采提供保障,需要对管柱在整个注水工艺流程中的受力进行分析,为管柱结构设计和工艺设计提供参考。基于流体力学、弹性力学和微分几何曲线理论,分析管柱微元体的受力,根据欧拉梁理论,给出管柱受力微分方程,给出分注管柱轴向力、轴向位移、强度校核计算模型。基于套管壁对管柱支反力作用假设,给出管柱屈曲微分方程以及正弦屈曲、螺旋屈曲临界载荷公式;分析管柱中截面处、封隔器、伸缩节、卡瓦等对变量连续性的影响,给出了管柱上轴向力变量的边界条件的处理方法。运用ABAQUS软件对HS-1封隔器胶筒系统进行数值模拟,橡胶材料本构模型采用Mooney-Rivlin模型。分析发现:随着载荷增大,胶筒与套管壁的接触面积与接触应力持续增大,当接近坐封载荷时,胶筒内部应力分布不再是沿轴向中心对称,最大接触应力区域向下偏移;随着载荷增大,胶筒的变形加剧,接近坐封载荷时,下胶筒内部出现应力较集中区域,下胶筒将是最可能因疲劳损坏的部件;中胶筒摩擦力随着压缩矩呈幂函数线型增加,给出了中胶筒最大静摩擦力拟合公式,为后续管柱力学分析提供力学边界参考。基于分层管柱力学理论以及对变量的连续性分析,编制了分注管柱力学分析软件。将其应用于实际注水井力学分析,计算结果与现场测井数据对比,误差在合理范围内。运用自编软件对哈法亚注水井管柱力学分析发现:M325井所采用的分层注水管柱结构符合要求;只注上层的极限工况条件下,管柱可能出现屈服,存在安全隐患,其他工况条件,安全系数都大于1,管柱可靠;当注水泄漏时,下层注水100%和上层注水100%,部分管柱段可能出现屈服;M279井,忽略卡瓦后的分层注水管柱结构不合理。本文的研究成果为哈法亚油田注水管柱的设计及校核提供了技术支撑。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.6
【图文】：

分层注水管柱,固定式

第一章绪论力场等因素的影响。21 世纪后，又出现了许多管柱力学分析软件，能够分析温度、力、流体压力、扭矩等物理量沿垂直方向变化规律，可以针对管柱的整体强度进行。.2.3 分层注水管柱结构(Ⅰ)固定式分层注水管柱：475-8 水力压差式封隔器、745-4 固定式配水器、循环、测试球座及配套的验封、分层测试为主要内容的固定式分层注水工艺，其管柱结图 1.2.1 所示。管柱串利用 475-8 水力压差式封隔器将油层分成若干个注水层段，在各个层段的上分别下入一个 745-4 型固定式配水器，在配水器上根据具体要求调节启动压力或配水嘴方式实现同井单管分层定量注水，改善层间关系，控制油井含水上升率。(Ⅱ)活动式分层注水管柱：管柱如图 1.2.2 所示，水嘴安装在堵塞器上，更换、水嘴时，用钢丝投捞堵塞器即可，无需起下管柱。

分层注水管柱,活动式

组成图,分层注水管柱

图 1.2.3 偏心分层注水管柱结构图 1.2.4 桥式偏心分层注水管柱结构（IV）桥式偏心分层注水管柱：由内径为Φ60mm 的 Y341 可洗井封隔器、内径为46mm 桥式偏心配水器、配水堵塞器、单向阀等组成，如图 1.2.4 所示。桥式偏心配的堵塞器内装有陶瓷水嘴，正常注水时，在井口同一注水压力下，通过不同孔径水节流作用，控制分层注入量，可应用试井钢丝对配水堵塞器进行井下投捞，调整配案。桥式偏心分层注水工艺技术优势为：（1）投捞仪可投捞任意层段的堵塞器，进行调换水嘴，不受分注级数限制；（2）测试密封段连接仪器可进行分层流量和压力的测试；（3）可进行同位素吸水剖面测井。（V）同心集成分层注水管柱：采用封隔器、配水器一体化设计，由内径为Φ60 341 可洗井封隔器、内径为Φ55 和Φ52 配水封隔器、内捞式Φ55、Φ52 配水器等组成图 1.2.5。单级配水封隔器可以满足两个层段注水，使封隔层段由原有的最小卡距 8小到 1.2m，实现了相邻层段流量及压力的同步测试，可实现一次调配 2-4 层，完成水井小卡距层段细分。

【参考文献】