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高产气井完井管柱动力学分析及安全评价与控制技术研究

2020-12-11阅读(993)

高产气井完井管柱动力学分析及安全评价与控制技术研究

论文摘要

高产气井完井管柱是高速气体流通的通道。由于储层供给、流量及压力的变化、高产气井高速气流激励,加之频繁的开关井作业,高产气井完井管柱在动载荷作用下工作。有高速气体流过的管柱,动力学问题是其重要研究内容。为了了解动载荷作用下完井管柱的力学性能、管柱能否承受完井作业载荷、完井管柱能否长期工作,本文对高产气井完井管柱进行动力学分析。具体内容如下：首先,由于分析管柱振动中需对管柱构型准确定义,本文在考虑接头影响下,对管柱屈曲进行分析,准确描述管柱屈曲载荷、弯曲构型,并与以往屈曲研究进行分析对比。然后,分析高产气井完井管柱振动情况,通过理论分析研究管柱振动的主要形式和原因,从而为后期的安全评价与控制技术提供依据；考虑边界条件、内外压等影响因素,建立高产气井完井管柱振动模型；并采用解析法求解,并对其振动特性进行分析说明。接着,运用ANSYS有限元软件建立高产气井完井管柱模型,将载荷测试器实测载荷数据,通过Table Array导入ANSYS中,并用瞬态分析法分析管柱在实测载荷下受力和变形情况,给出管柱应力、位移、变形分布图,并根据分析结果对该工况下管柱进行校核。为了与动力学理论分析数据对比、验证,研制管柱振动测试器；并在塔里木油田TB4气井和DN2-16气井实测生产过程中井下管柱振动情况,与理论分析结果吻合很好。最后,基于上述高产气井完井管柱动力学分析及管柱静力学分析,从管柱配置、坐封参数设计、生产参数控制等方面提出建议,以确保高产气井完井管柱安全工作。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 主要符号表
  • 第一章 绪论
  • 1.1 问题提出及研究意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 完井管柱静力学研究现状
  • 1.2.2 完井管柱动力学研究现状
  • 1.3 主要研究内容
  • 1.4 技术路线
  • 1.5 创新点
  • 第二章 油管接头对管柱屈曲特性影响分析
  • 2.1 井下管柱屈曲方程
  • 2.2 接头对管柱弯曲构型影响
  • 2.3 算例分析
  • 2.4 算例分析结果
  • 2.4.1 接头对管柱屈曲特性影响
  • 2.4.2 接头对管柱振动分析影响
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 高产气井完井管柱动力学理论分析
  • 3.1 高产气井完井管柱振动形式及危害分析
  • 3.1.1 管柱振动简介
  • 3.1.2 高产气井完井管柱振动危害
  • 3.2 高产气井完管柱振动机理分析
  • 3.2.1 天然气在管柱内运动分析
  • 3.2.2 漩涡特性分析
  • 3.3 高产气井完井管柱振动原因分析
  • 3.3.1 管柱外界因素
  • 3.3.2 管柱结构因素
  • 3.3.3 管柱屈曲因素
  • 3.4 管柱动力学基本方程简介及其应用
  • 3.4.1 管柱动力学基本方程简介
  • 3.4.2 管柱动力学基本方程应用
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 高产气井完井管柱振动特性分析
  • 4.1 气体性质描述
  • 4.2 流体诱发管柱横向振动特性分析
  • 4.2.1 管柱横向弯曲振动的基本微分方程
  • 4.2.2 完井管柱横向振动方程中参数影响
  • 4.3 管柱纵向振动特性分析
  • 4.3.1 管柱纵向振动模型
  • 4.3.2 管柱纵向振动模型分析
  • 4.4 多点接触振动分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 高产气井完井管柱动力学有限元分析
  • 5.1 有限元简介
  • 5.2 瞬态动力学基本方程
  • 5.3 有限元模型建立
  • 5.3.1 研究对象
  • 5.3.2 问题分析
  • 5.3.3 模型建立与网格划分
  • 5.4 分析设置
  • 5.5 计算结果
  • 5.6 结果分析
  • 5.7 本章小结
  • 第六章 高产气井完井管柱振动井下实测研究
  • 6.1 概述
  • 6.2 完井井下管柱振动测试器研制
  • 6.2.1 完井井下管柱振动测试器设计参数确定
  • 6.2.2 完井井下管柱振动测试器原理与方案设计
  • 6.2.3 完井井下管柱振动测试器机械设计
  • 6.2.4 完井井下管柱振动测试器信号处理、存储与回放系统设计
  • 6.2.5 完井井下管柱振动测试器强度校核
  • 6.3 完井井下管柱振动测试器现场试验
  • 6.3.1 TB4井下钻过程中管柱振动测试器记录数据
  • 6.3.2 TB4井放喷排液过程中管柱振动测试器记录数据
  • 6.3.3 TB4井关井过程中管柱振动测试器记录数据
  • 6.4 实测数据分析
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 高产气井完井管柱安全评价与控制技术研究
  • 7.1 高产气井完井管柱安全性控制技术
  • 7.2 高产气井完井管柱防振原理
  • 7.3 高产气井完井管柱控制技术应用实例
  • 7.3.1 管柱力学基本分析
  • 7.3.2 井下管柱载荷分析
  • 7.3.3 井下管柱强度分析
  • 7.3.4 井下管柱轴向变形分析
  • 7.4 结论及建议
  • 7.4.1 关于管柱组合
  • 7.4.2 关于井下管柱强度安全性
  • 7.4.3 关于井下管柱的轴向变形
  • 7.4.4 关于下部管柱抗挤及压井液密度选择问题
  • 7.4.5 通过优化工艺进行减振
  • 7.4.6 通过减振器进行减振
  • 7.5 本章小结
  • 第八章 结论与展望
  • 附录1 完井井下管柱振动测试器强度校核
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文
  • 详细摘要

    • 相关论文文献

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