开关井工况下完井管柱振动安全性分析

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1、２０１５年第４４卷石油矿场机械第１０期第１１页犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１５，４４（１０）：１１１５文章编号：１００１３４８２（２０１５）１０００１１０５开关井工况下完井管柱振动安全性分析窦益华，王蕾琦，刘金川（西安石油大学，西安７１００６５）摘要：油田现场进行开关井作业时，管柱内压瞬时变化会引起管柱大幅受迫振动。考虑实际工况，改进了输流管道的水锤分析模型，使其适用于分析完井管柱在水锤作用下的振动特性。根据现场试验数据对比了开井工况

2、下和排液工况下的振动加速度与振动频率。运用有限元软件Ａｂａｑｕｓ建立了三维有限元管柱模型，求得了管柱振型图、固有频率，然后对模型施加加速度得到其在危险时刻的应力分布情况。最后以管柱所受应力为指标，评价了在开关井工况下完井管柱的安全性。分析结果表明：开关井工况下完井管柱振动相对更为剧烈，且极易发生破坏性的共振，甚至会造成管柱的塑形变形。因此在开关井工况下，由于管柱的强烈受迫振动所产生的安全性隐患必须引起充分重视。关键词：完井管柱；水锤效应；固有频率；应力；安全性分析中图分类号：ＴＥ９２５文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３４

3、８２．２０１５．１０．００３犛犪犳犲狋狔犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犆狅犿狆犾犲狋犻狅狀犜狌犫犻狀犵犆狅狀狊犻犱犲狉犻狀犵犜犺犲犞犻犫狉犪狋犻狅狀犇狌狉犻狀犵犠犲犾犾犛狋犪狉狋狌狆狅狉犛犺狌狋犱狅狑狀ＤＯＵＹｉｈｕａ，ＷＡＮＧＬｅｉｑｉ，ＬＩＵＪｉｎｃｈｕａｎ（犡犻’犪狀犛犺犻狔狅狌犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犡犻’犪狀７１００６５，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｔｈｅｏｉｌｆｉｅｌｄｗｈｅｎｔｈｅｗｅｌｌｂｅｏｐｅｎｅｄｏｒｃｌｏｓｅｄｓｏｍｅｔｉｍｅｓ，ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｕｂｉｎｇ’ｓｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｗｉｌｌｃａ

4、ｕｓｅａｃｕｔｅｔｕｂｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｃｔｕａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｍｐｒｏｖｅｄｈａｍｍｅｒａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｔｏｍａｋｅｉｔａｐｐｌｙｔｏｈａｍｍｅｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｔｕｂｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａ，ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｗｅｌｌｓｔａｒｔｕｐａｎｄｌｉｑｕｉｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｉｓｍａ

5、ｄｅ．Ｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｄｉａｇｒａｍ，ｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｄａｎｇｅｒｏｕｓｍｏｍｅｎｔａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄａｆｔｅｒｖｉｂｒａｔｉｏｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｉｓｆｏｒｃｅｄｔｏｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｆｉｎａｌｌｙｓｔｒｅｓｓａｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｉｓｔａｋｅｎｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｔｕｂｉｎｇｗｈｅｎｔｈｅｗｅｌｌｂｅｏｐｅｎｅｄｏｒｃｌｏｓｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓ

6、ｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｄｕｒｉｎｇｗｅｌｌｓｔａｒｔｕｐｏｒｓｈｕｔｄｏｗｎｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｔｕｂｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｍｏｒｅｉｎｔｅｎｓｅ，ａｎｄｏｃｃｕｒｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｅａｓｉｌｙ，ｅｖｅｎｃａｕｓｅｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｕｂｉｎｇ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｔｕｂｉｎｇ；ｈａｍｍｅｒｅｆｆｅｃｔ；ｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｓｔｒｅｓｓ；ｓａｆｅｔｙａｎａｌｙｓｉｓ在油井现场进行开关井作业时，会引起管柱大迫振动，对管柱本身产生较大的冲击，这种现象称为幅受迫振动，这是

7、因为管柱内压瞬时变化引起的受水锤效应。水锤又称压力涌浪、水力暂态过程，是有收稿日期：２０１５０４１６基金项目：国家科技重大专项“塔里木盆地库车前陆冲断带油气勘探开发示范工程”（２０１１ＺＸ０５０４６０４０７）；西安石油大学研究生创新基金（２０１３ｃｘ１２０４２４）作者简介：窦益华（１９６４），男，江苏仪征人，教授，主要从事石油机械及石油工程教学与科研工作，Ｅｍａｉｌ：ｙｈｄｏｕ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ。·１２·石油矿场机械２０１５年１０月

8、［１］压不稳定流的一种极端形式。其带来的不稳定超施工过程中井下实测的宝贵数据与有限元分析方常压力应力会引起