大斜度高产气井完井管柱完整性分析与控制技术研究

论文摘要

大斜度高产气井完井管柱采用气密封特殊螺纹接头密封和永久式投球打压封隔器坐封,密封性是管柱研究重点问题,这就需要对管柱完整性进行分析。管柱的完整性主要包括两部分：基础是保证管柱不发生破坏,具有足够强度,保证安全性；其次是保证管柱不泄露,保证密封性。具体内容如下：首先,考虑管柱自重、内外流体压力等因素,分析大斜度高产气井完井管柱屈曲行为,给出管柱在垂直、斜直、弯曲及水平井眼中的屈曲方程及临界载荷。在此基础上,分析管柱载荷、应力及轴向变形,为井下管柱的合理设计提供依据。然后,分析大斜度高产气井封隔器胶筒受力情况,推导出不同阶段胶筒与井壁的接触力公式,建立卡瓦与套管相互作用力学模型,分析套管应力。分析大斜度高产气井完井管柱振动的原因,将管柱作为一个系统,考虑接头影响分析管柱横向振动,并提出减振措施。接着,运用ANSYS有限元软件,分析油管螺纹接头在不同轴向载荷下的受力情况,给出螺纹接头应力、位移、接触压力分布图；以此为基础,分析油管螺纹接头密封性。在大庆某井应用管柱载荷测试器,得到作业过程中井下管柱的载荷、压力、温度等数据,并与理论计算结果进行对比,两者误差较小。结果说明大斜度高产气井完井管柱理论分析在现场实际中具有实用性。最后,基于上述大斜度高产气井完井管柱的完整性分析,分析具体井例,提出相应的控制措施保障管柱完整性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 完井管柱力学研究现状
• 1.2.2 完井管柱封隔器研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 技术路线
• 1.5 创新点
• 第二章 大斜度高产气井完井管柱受力与变形分析
• 2.1 大斜度高产气井完井管柱屈曲分析
• 2.1.1 大斜度高产气井完井管柱几何关系
• 2.1.2 大斜度高产气井完井管柱静力平衡方程
• 2.1.3 大斜度高产气井完井管柱物理方程
• 2.2 大斜度高产气井完井管柱屈曲方程及临界载荷分析
• 2.2.1 垂直井眼中管柱屈曲分析
• 2.2.2 斜直井眼中管柱屈曲分析
• 2.2.3 弯曲井眼中管柱屈曲分析
• 2.2.4 水平井眼中管柱屈曲分析
• 2.3 大斜度高产气井完井管柱轴向变形分析
• 2.3.1 完井管柱鼓胀变形分析
• 2.3.2 完井管柱螺旋弯曲变形分析
• 2.3.3 大斜度高产气井完井管柱总变形分析
• 2.3.4 算例分析
• 2.4 大斜度高产气井完井管柱载荷分析
• 2.5 大斜度高产气井完井管柱强度理论分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 大斜度高产气井完井管柱封隔器受力变形分析
• 3.1 大斜度高产气井完井管柱封隔器坐封原理简介
• 3.2 大斜度高产气井完井管柱封隔器胶筒变形分析
• 3.2.1 封隔器胶筒弹性变形阶段力学分析
• 3.2.2 封隔器胶筒约束变形阶段力学分析
• 3.2.3 封隔器胶筒稳定变形阶段力学分析
• 3.3 大斜度高产气井完井管柱封隔器胶筒接触力计算分析
• 3.4 大斜度高产气井完井管柱封隔器卡瓦受力分析
• 3.4.1 卡瓦受力状态分析
• 3.4.2 卡瓦锚定后卡瓦段套管应力分析
• 3.4.3 算例分析
• 3.5 本章小节
• 第四章 大斜度高产气井完井管柱动力学分析
• 4.1 高产气井完井管柱振动原因简析
• 4.2 旋涡引起管柱振动
• 4.2.1 管柱截面变化产生旋涡
• 4.2.2 油管柱弯曲产生旋涡
• 4.2.3 开关阀门处产生旋涡
• 4.3 气压冲击引起管柱振动
• 4.4 地层流体脉动引起管柱共振
• 4.5 多点接触下的管柱横向振动分析
• 4.6 高产气井完井管柱减振技术探索
• 4.7 本章小结
• 第五章 特殊扣油管接头应力有限元分析
• 5.1 特殊螺纹接头简介
• 5.1.1 特殊螺纹接头典型结构介绍
• 5.1.2 特殊螺纹密封接头密封机理分析
• 5.2 特殊螺纹密封接头ANSYS分析
• 5.2.1 有限元模型建立
• 5.2.2 螺纹接头网格划分
• 5.2.3 螺纹接头ANSYS分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 大斜度高产气井完井管柱现场实验与研究
• 6.1 高产气井完井管柱载荷测试器的需求分析
• 6.2 高产气井完井管柱载荷测试器简介
• 6.2.1 管柱载荷测试器原理与方案设计
• 6.2.2 信号处理、存储与回放系统设计
• 6.3 井下管柱载荷测试器现场试验
• 6.3.1 现场试验施工工序及载荷测试器参数设置
• 6.3.2 现场试验测试结果
• 6.4 本章小结
• 第七章 大斜度高产气井完井管柱控制技术研究
• 7.1 大斜度高产气井完井管柱完整性控制技术
• 7.2 大斜度高产气井完井管柱完整性控制技术应用实例
• 7.2.1 管柱力学基本分析
• 7.2.2 井下管柱载荷分析
• 7.2.3 井下管柱强度分析
• 7.2.4 井下管柱轴向变形分析
• 7.3 结论及建议
• 第八章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文