高产气井完井管柱力学分析

1、高产气井完井管柱力学分析 目 录目 录1摘 要3ABSTRACT4第一章绪论51.1 论文的意义51.2 国内外研究现状5 高产气井完井管柱力学分析发展现状5 高产气井完井管柱振动分析发展现状61.3 主要研究内容9 完井管柱屈曲分析9 完井管柱力学理论分析10 完井管柱振动分析101.4 技术路线10第二章 高产气井完井管柱屈曲分析11 完井管柱几何关系12 完井管柱静力平衡方程12 完井管柱物理方程13 完井管柱屈曲方程及临界载荷132.2 高产气井完井管柱轴向变形分析15 完井管柱轴力变形15 井完井管柱温度变形18 完井管柱鼓胀变形19 完井管柱螺旋弯曲变形20 完井管柱总变形212.

2、3 完井管柱载荷分析212.4 高产气井完井管柱强度分析理论222.5 本章小结23第三章 投球打压封隔器管柱坐封前后变形分析233.1 投球打压封隔器坐封原理及特点233.2 投球打压式封隔器管柱变形分析24 投球打压式封隔器管柱初始变形研究内容25 投球打压式初始管柱变形量分析25第四章 封隔器与套管相互作用力分析274.1 封隔器卡瓦与套管相互作用分析27 卡瓦受力状态分析28定后卡瓦段套管应力分布29 卡瓦作用下卡瓦段套管强度分析314.2 水力锚爪力学分析32 水力锚爪抗剪强度分析33 水力锚爪抗挤强度分析344.3 本章小节34第五章 高产气井完井井下管柱振动分析355.1 完井井

3、下管柱振动产生原因分析355.2 高产气井完井管柱振动机理36 地层流体流经异径管柱产生空穴现象，管柱产生振动36 开关井时地层流体骤停，压力冲击使管柱振动37 地层流体流经管柱变截面压力波动引起管柱振动38 地层流体流过管柱产生横向振动385.2 地层流体脉动引起管柱共振40第六章 结论42致 谢43参考文献44摘 要随着高产气藏陆续投入开发，高产气井完井管柱能否长期工作变得非常重要。为了确保管柱能够长期工作，必须对完并管柱进行力学分析。本文针对高产气井完井封隔器管柱存在的问题，基于经典力学理论，考虑完井封隔器管柱边界约束，分析完井管柱的屈曲状态，给出了正弦屈曲和螺旋屈曲的临界载荷，并根据完

4、井各工序已知参数导出管柱变形和强度安全计算公式。分析永久式完井封隔器结构及坐封原理，建立超静定力学模型并求出了封隔器卡瓦作用下套管的抗挤强度及套管所允许承受的轴向载荷根据水力锚爪咬入套管内壁深度，分析水力锚爪的剪切强度和挤压强度。找到了引起产气井完井管柱振动的原因为开关井引起的激波、管柱变截面引起的空穴现象、地层产出物脉动对管柱产生的激励。分析引起管柱振动的原因，给出管柱振动频率，提出了减缓管柱振动的措施。根据井身结构的特点、管柱各工序下的边界条件、管柱规格、管柱组合、完井各工序参数 管柱内外流体密度、井口压力、井口温度、管内流体流量等 确定管柱工作载荷，利用以上力学理论及专家现场经验，评价整

5、段管柱安全性。关键词：高产气井，完井管，管柱受力分析ABSTRACTWith high as greservoirs have been put into development, High-yield long-term gas well completion string can become very important. In order to ensure the long-term work column, Column must be completed and the mechanical analysis.In this paper, high-yield gas well

6、completion packer string problems, based on the theory of classical mechanics, Consider the completion packer string boundary constraints, analysis of the buckling state of completion string given sinusoidal and helical buckling critical load of buckling,Completion of the process according to the kn

7、own parameters of the deformation and strength of security derived column formulas. Completion of the permanent type packer and the packer structure principle, Establishment of indeterminate mechanical model obtained under the packer slip casing and casing collapse strength to withstand the axial lo

8、ad permitted under the jaw to bite into the casing hydraulic anchor wall depth, Analysis of the shear strength of hydraulic anchor claws and crushing strength. Find the cause producing gas well completion string Vibration of the shock wave caused by the switch well, tapered column caused by cavitati

9、on, formation of the column output pulse generated by material incentives. Analysis of string vibration caused by the reasons given string vibration frequency, vibration column proposed mitigation measures. Well structure according to the characteristics of the boundary column under the conditions o

10、f the process, column size, column combinations, completion of the process parameters column density of the fluid inside and outside, the wellhead pressure, wellhead temperature, the tube fluid flow, etc. to determine column work load, Mechanics theory and expert use of the above field experience, t

11、he safety evaluation of the whole column.KEY WORDS: High-yield wells, Completion tube, Column stress analysis绪论1.1 论文的意义随着“西气东输”战略的实施，一批高产气藏陆续投入开发。这些气田产量高，在如此高的产量与温度、压力下，井下工具、管柱能否承受完井作业载荷，完井管柱能否长期工作，是非常关键的问题。如何防止井下管柱失效已成为人们关心的主要问题。管柱是油气生产中的关键工具，它在井下受力情况极为复杂，由于各方面的原因造成油管柱的破坏时有发生。高产气井在生产过程中，管柱要承受内压、外压、自重、管内流体的粘滞力、井支反力等多种外载的联合作用。在施工或生产过程中，由于轴向压力的作用，管柱可能发生正弦或螺旋弯曲：由于产出流体的脉动，管柱