资源描述：
《定向井中油管柱优化与强度计算校核》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、定向井中油管柱优化与强度计算校核一、油管对产量的敏感性分析与油管柱设计优化油管直径的大小对气(油)井的产量起控制和调节流量的作用。管径选择既要考虑初期产能,也要考虑开发后期产能、举升工艺和可能采取的增产措施。同时,并不是管径越大产量就越高。一定油气层压力下,用大直径油管柱时,由于大直径油管中的滑脱损失反而使得比采用较小直径油管时的产量要低。也就是说,对于特定油气井系统来说,只有某个范围的油管直径最合适。对于高产井,在油层物性、流体参数、完井条件泄油面积等参数一定时,应根据影响多相垂直(倾斜)管流压力梯度分布的主要因素(油管尺寸、产量气液
2、比、粘度、含水率等)进行油管尺寸和产量的敏感性分析。将不同直径油管的压力(p)、产量(q)关系曲线画在坐标图上来分析油管尺寸对产量的敏感性,确定某一产量(或压力)下的最佳油管尺寸,保证井筒中的压力梯度(压力损耗)最小。油管尺寸太小,流速过高、磨阻损失会增大;油管太大,流速偏低、气体滑脱效应严重。优选油管尺寸的方法或目标函数:①一定井口压力时,获得最大产量的油管尺寸为最佳油管尺寸②一定产量下,生产气油比最小、气体膨胀能利用率最大、保持自喷时间最长的油管尺寸为最佳油管尺寸。井口油压较低时,大直径油管的产量要比小直径油管的产量高;但随油压增高
3、到某一值时,由于大直径油管的滑脱损失增大,使得大直径油管的产量反而比小直径油管的要低。因此,针对不同油气田不同开发期选定油管材、设计油管柱时,既要综合分析油藏地层流体特性、预测各开发阶段油气井产能还要考虑到举升工艺和可能采取的井下增产措施原则上,以满足气(油)井工况要求,在对井深、井斜(弯曲)、压力、温度、工作环境介质物性、受力状况分析研究等的基础上,从经济安全角度设计优化油管柱、计算校核强度。单级油管柱,需要计算油管柱的强度和安全系数,确定管径、管材和下入深度;多级管柱组合则要按等安全系数法计算校核分级强度确定各级油管串的管材、管径、
4、钢级和下入深度。油管柱的经济、安全性是指:①能满足油气藏开发要求,保证油气井产量较高,经济效益最佳。②在不同油气藏不同弯曲井中不同深度下,油管柱所承受外挤、内压、轴向拉伸载荷和弯曲附加应力等都能满足安全系数设计要求。也就是说,在服役期内安全可靠或使用寿命较长。二、定向弯曲井中油管柱工况选择和受力分析油管柱工况条件选定:油管柱选择在某海上油气田井深和弯曲度较大的典型代表1～4号井中,下入深度在177.8mm尾管与244.5mm套管接合部(海上油气田丛式井套管柱组合完井结构:隔水导管→339.7mm～508.0mm的表层套管→244.5mm
5、的套管→177.8mm的割缝尾管或叫产层套管)。管柱底部由封隔器锚定,解封压力取13605kg。强度计算校核时把这些井既可看作采气井,也可看作注水、注气井;注水时,油管柱下到油层底部以下。油管柱在定向弯曲井中所承受的力主要有:①来自油套环空保护液的外挤力;当油管承受油套环空液的压力大于油管内部压力时,油管将受到外挤力作用。②管内流体的内压力,特别是注水压力较高时,油管柱要承受的注入水压力。③轴向力:包括油管自身悬重,油管内流体交变载荷(人工举升油井),油管摩阻,井内流体对油管柱的浮力及封隔器锚定油管柱时的解封拉力等。④因井身弯曲产生的油
6、管弯曲附加应力。三、油管强度校核、计算1.选定校核对象油管根据油气藏特征、产层物性、流体性质、完井方式、预测产气(油)量、开发工艺和后期开发要求,从定向弯曲井的采油(气)工艺特点和经济、安全角度选择API加厚N80钢级88.9mm、114.3mm油管为计算校核对象。2.计算校核参数油管柱的强度通常规定为:抗外挤强度、抗内压强度、管体和接箍的屈服强度。油管柱强度是指油管柱的屈服强度,单位为psi或bar(1psi=6.895kPa;1bar=105Pa)。API定义屈服强度为用拉力计或倍失量规测定标准长度试件当总伸长量为0.5%时的拉应力
7、。根据油管柱在定向弯曲井中的受力状况,考虑在井筒不同工况条件下承受外挤、内压、轴向拉力井身弯曲影响、封隔器解封拉力(管柱锚定)等因素本文主要计算校核参数选定为:①抗外挤强度;②抗内压强度;③丝扣连接屈服强度(计算中,假定接箍强度低于管体强度,只对丝扣连接屈服强度进行校核,反之应校核管体强度);④弯曲载荷失效强度(由于油管柱的服役环境是在定向弯曲井中,故本文另增加了对弯曲载荷失效强度的计算、校核)。抗外挤强度计算时,把选定的井看作采气井;抗内应压强度校核时,看作注水井;并在弯曲和内外压联合作用下,校核油管柱的丝扣连接屈服强度和弯曲载荷失效
8、强度。(1)抗外挤应力计算1)油管的抗挤毁强度是指挤毁油管所需要的最大外挤压力。根据油管外径与厚度比(径厚比D/t)的不同,在外挤压力作用下油管的破坏分为:①失稳破坏,径厚比较大时,在外压力达到某一临界值时
