《超深油氣井試油管柱力學校核技術》結合塔里木油田高溫高壓超深油氣井試油工藝發(fā)展,根據(jù)高溫高壓超深油氣井試油工藝及管柱特點,系統(tǒng)地介紹了試油井筒溫度場分析、管柱軸向屈曲分析、管柱軸向變形分析、管柱載荷分析、管柱應力強度分析、跨隔測試管柱力學分析、變截面管柱力學分析、管柱振動分析、射孔管柱力學分析、管柱接頭力學分析、管柱沖蝕分析和封隔器力學分析方法,以及據(jù)此形成的試油管柱力學校核技術。
《超深油氣井試油管柱力學校核技術》可以供試油技術人員及相關專業(yè)人員參考,也可以作為相關院校師生的參考書。
塔里木油田超深油氣井試油管柱力學校核技術是隨著高溫高壓(HighTemperature High Pressure,簡稱HPHT)深井試油工藝發(fā)展而發(fā)展起來的技術。自1990年以來,隨著塔里木油田勘探井越來越深,以及試油新工藝的應用,試油過程中時常發(fā)生管柱及封隔器失效事故,為此,塔里木油田工程技術及管理人員發(fā)揮“兩新兩高”優(yōu)勢,與有關院所合作,針對管柱失效現(xiàn)象與試油新工藝特點,開展理論研究、實驗研究與現(xiàn)場實踐,逐步發(fā)展了超深油氣井試油管柱力學校核技術,其大致歷程是:
。1)2002年以前,調研國內外高溫高壓深井試油管柱力學分析技術現(xiàn)狀,開展“高溫高壓深井試油管柱力學分析及其應用研究”,了解高溫、高壓、深井對試油管柱力學性能的影響;創(chuàng)新研制了應力式井下管柱載荷測試器,并在10口試油井進行井下實際測試,驗證了試油管柱力學分析理論、算法及軟件。與此同時,開展高溫高壓深井試油管柱校核應用技術研究,為1997年英科1井的試油提供了技術支撐,該井是國內第一口按國際慣例進行試油設計的高溫高壓井。2002年為迪那22、迪那201和迪那202井安全試油提供管柱力學校核技術支持,標志著管柱力學校核技術從書本走向應用,并可以完成常規(guī)高溫高壓井試油管柱力學校核。
。2) 2002-2007年,開展“跨隔測試管柱力學分析”技術研究,解決井眼約束條件下有限長度管柱的屈曲分析及強度安全校核問題。拓展試油管柱力學分析至完井管柱力學分析及測試-射孔-改造-完井-體化管柱力學分析。開展“射孔爆轟壓力及管柱動力響應研究”,創(chuàng)新研制了射孔爆轟壓力及管柱振動井下測試器,并進行井下實測驗證,基本搞清了射孔一測試聯(lián)作封隔器以下管柱塑性彎曲變形的原因。
。3)2008-2018年,開展“特殊螺紋連接性能分析”,優(yōu)選油管接頭,優(yōu)化上扣扭矩并控制油管并入質量,創(chuàng)新研制了液壓管鉗扭矩標定儀。針對克深2-2-3井和克深201等井發(fā)生管柱失效事故,且失效多在油管接頭附近的問題,用常規(guī)的管柱靜力學理論難以解釋,由此推斷:傳統(tǒng)的魯賓斯基(Lubinski)管柱屈曲力學理論沒有考慮接頭(變截面)影響,只適用于遠離封隔器的管柱,沒有考慮大排量注入、高產(chǎn)氣流引起的管柱(流固耦合)振動、沖蝕等影響。為此,開展“試油管柱振動分析”“管柱力學精細分析技術系列研究”,包括:近封隔器管柱屈曲分析、管柱接頭對管柱屈曲性能影響分析;管柱振動理論及井下實測研究,創(chuàng)新研制了管柱振動井下測試器;基于計算流體動力學CFD(Computed Fluid Dynamics)的流固耦合管柱動力學分析;管柱沖蝕分析。拓展了管柱力學分析軟件功能,并在推廣應用中不斷完善。
本書緊密結合塔里木油田高溫高壓超深油氣井試油工藝發(fā)展需要,根據(jù)高溫高壓超深油氣井試油工藝及管柱特點,基于經(jīng)典魯賓斯基管柱螺旋屈曲理論、塔里木油田和相關合作單位的研究與實踐,系統(tǒng)介紹了試油管柱屈曲理論與實驗分析、管柱軸向變形分析、管柱載荷理論與實驗分析、管柱應力強度分析、跨隔測試管柱力學分析、變截面管柱力學、管柱振動力學分析、射孔管柱力學分析、管柱接頭力學分析、管柱沖蝕分析和封隔器力學分析技術;谝陨侠碚撆c實驗分析,開發(fā)了功能較全的試油管柱力學分析軟件,形成了超深油氣井試油管柱力學校核技術,系統(tǒng)有效地解決了塔里木油田高溫高壓超深油氣井試油及測試一射孔一改造一完井一體化管柱失效難題。具有較強的理論創(chuàng)新性和實踐創(chuàng)新性。
本書是塔里木油田試油技術人員及相關合作院校、企業(yè)多年探索成果的結晶。其中,因為問題的復雜性,因為新的螺紋類型、新的工具、新的工藝的不斷出現(xiàn),管柱振動、射孔沖擊、流固耦合以及沖蝕等問題還需要進一步深入研究。因此書中不妥之處,敬請讀者批評指正。
第一章 超深油氣井試油工藝簡介及管柱力學特點
第一節(jié) 超深油氣井試油工藝簡介
第二節(jié) 超深油氣井試油管柱典型失效案例
第三節(jié) 超深油氣井試油管柱力學行為影響因素
第二章 超深油氣井注入與生產(chǎn)井筒傳熱及溫度場分析
第一節(jié) 井筒溫度場瑞米模型
第二節(jié) 多層井筒傳熱模型
第三節(jié) 注入過程中井筒溫度場分析
第四節(jié) 生產(chǎn)過程中井筒溫度場分析
第三章 超深油氣井試油管柱軸向受壓屈曲
第一節(jié) 試油管柱軸向屈曲變形微分方程
第二節(jié) 試油管柱軸向正弦屈曲臨界載荷
第三節(jié) 試油管柱軸向螺旋屈曲臨界載荷
第四節(jié) 試油管柱軸向受壓自鎖臨界載荷
第四章 超深油氣井試油管柱變形及強度分析
第一節(jié) 試油管柱軸向變形分析
第二節(jié) 試油井下管柱載荷分析
第三節(jié) 試油管柱應力強度分析
第五章 超深油氣井跨隔測試管柱力學分析
第一節(jié) 跨隔段管柱力學分析及允許測試壓差
第二節(jié) 裸眼壓縮式封隔器膠筒力學分析
第三節(jié) 裸眼壓縮式封隔器膠筒骨架力學分析
第四節(jié) 裸眼中途跨隔測試失利原因分析及改進措施
第六章 超深油氣井變截面試油管柱力學分析
第一節(jié) 近封隔器管柱力學分析
第二節(jié) 考慮接箍影響的變徑組合管柱力學分析
第三節(jié) 套管變徑處含接箍管柱力學分析
第七章 超深油氣井試油管柱振動力學分析
第一節(jié) 超深油氣井試油管柱振動機理
第二節(jié) 壓裂管柱流固耦合振動有限元分析
第三節(jié) 振動管柱與井壁的磨損分析
第四節(jié) 試油管柱振動疲勞壽命分析
第五節(jié) 試油井下管柱振動現(xiàn)場實測
第八章 超深油氣井射孔管柱力學分析
第一節(jié) 聚能射孔彈炸藥爆轟參數(shù)分析
第二節(jié) 聚能射孔壓力及管柱強度分析
第三節(jié) 沖擊載荷下射孔段管柱動力學分析
第四節(jié) 沖擊載荷和脈動壓力下射孔段管柱動力響應分析
第五節(jié) 射孔段管柱強度安全性分析實例
第九章 超深油氣井試油管柱接頭力學分析
第一節(jié) 特殊螺紋油管接頭連接強度及密封性分析
第二節(jié) 特殊螺紋油管接頭上扣性能分析
第三節(jié) 液壓管鉗扭矩檢測標定儀研制
第十章 超深油氣井試油管柱沖蝕分析
第一節(jié) 沖蝕預測模型對比
第二節(jié) P110油管液固兩相流體沖蝕實驗
第三節(jié) 超級13Cr油管液固兩相流體沖蝕實驗
第四節(jié) 35CrMo封隔器中心管液固兩相流沖蝕實驗
第五節(jié) 試油管柱沖蝕模型建立及強度安全校核
第十一章 超深油氣井試油封隔器力學分析
第一節(jié) 試油封隔器整體力學分析
第二節(jié) 楔形封隔器卡瓦力學分析
第三節(jié) 壓縮式封隔器膠筒力學分析
第四節(jié) 試油封隔器零件應力分析
第十二章 超深油氣井試油管柱力學校核技術應用
第一節(jié) 超深油氣井試油管柱力學分析軟件研發(fā)
第二節(jié) 射孔-酸壓-測試聯(lián)作管柱力學校核
第三節(jié) 射孔-酸壓-測試-完井聯(lián)作管柱力學校核
第四節(jié) 超深油氣井試油管柱力學校核技術其他應用
參考文獻