超深气井完井管柱屈曲行为研究

发布时间：2024-02-01 10:43

　　超深高温高压气井由于井筒温度高、压力高,井下管柱屈曲风险高,易造成管柱失效或冲蚀加剧等问题。通过超深高温高压气井管柱静力学分析发现热生产和热关井两个工况下管柱屈曲风险最大。鉴于此,针对热生产与热关井工况建立了用于分析两种苛刻工况下全井段油管柱屈曲问题的有限元力学模型,定量得出两种工况下全井段油管柱的屈曲形态、横向位移、油管柱-套管接触力、弯矩与扭矩等力学参数。研究结果发现:在热生产工况下,油管柱发生了不稳定的屈曲形态,在油管柱屈曲段的上部与下部位置,油管柱与套管的接触较为密集;在热关井工况下,油管柱相对只发生了轻微的纯正弦屈曲。所建立的模型可用于油管-套管屈曲损伤失效分析,可为优化现场生产工艺和延长油管柱寿命提供理论依据。

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1不同工况下管柱轴向力分布

由图1可知，3种工况中热生产的管柱底部轴向力最大，达到178.79kN，其次为热关井，底部轴向力达到67.72kN，而冷关井工况下全井段油管柱处于拉伸的状态。因此，热生产与热关井工况下的管柱有可能发生屈曲行为，同时，这两种工况也是本文研究的重点。2有限元分析

图2油管柱屈曲有限元力学模型与温度曲线

本文的模拟基于现场工况，投产前井口温度为16.00℃，地层温度为152.67℃。坐封时管外流体密度为1.0g/cm3。生产时，油管底部轴向压力为325kN，井口油压为50MPa，井口温度为72.00℃，产量为50万m3/d。该油管柱屈曲对应有限元模型与温度曲线如图2所示。....

图3全井段油管柱网格模型

管柱屈曲问题是非线性力学问题，在不同的力学环境中，管柱的屈曲形态、横向位移、油管柱-套管接触力、弯矩以及扭矩都会有所变化。图4为不同工况下油管柱屈曲时横向位移俯视图。图4不同工况下油管柱屈曲时横向位移俯视图

图4不同工况下油管柱屈曲时横向位移俯视图

图3全井段油管柱网格模型从图4a可以看出，在热生产工况下油管柱在X方向上发生了较大的位移，最大位移处已经与井壁接触，同时，油管柱在Y方向也有一定的位移，但未与井壁接触。从图4b可以看出，油管柱只在X方向发生了很小的位移，最大位移处未与井壁接触，同时油管柱在Y方向也有一定的位移，....

本文编号：3891982