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随着高产气藏陆续投入开发,高产气井完井管柱能否长期工作变得非常重要。为了确保管柱能够长期工作,必须对完并管柱进行力学分析。本文针对高产气井完井封隔器管柱存在的问题,基于经典力学理论,考虑完井封隔器管柱边界约束,分析完井管柱的屈曲状态,给出了正弦屈曲和螺旋屈曲的临界载荷,并根据完井各工序已知参数导出管柱变形和强度安全计算公式。分析永久式完井封隔器结构及坐封原理,建立超静定力学模型并求出了封隔器卡瓦作用下套管的抗挤强度及套管所允许承受的轴向载荷。根据水力锚爪咬入套管内壁深度,分析水力锚爪的剪切强度和挤压强度。找到了引起高产气井完井管柱振动的原因为开关井引起的激波、管柱变截面引起的空穴现象、地层产出物脉动对管柱产生的激励。分析引起管柱振动的原因,给出管柱振动频率,提出了减缓管柱振动的措施。
根据井身结构的特点、管柱各工序下的边界条件、管柱规格、管柱组合、完井各工序参数(管柱内外流体密度、井口压力、井口温度、管内流体流量等)确定管柱工作载荷,利用以上力学理论及专家现场经验,评价整段管柱安全性。为方便指导油田现场作业,编写“高产气井完井管柱安全评估系统”软件。
基于以上研究,以DB201井为例,介绍了该方法在油田生产中的应用。计算出了高产气井完井井下工具、管柱等的安全强度,提出了完井管柱设计的指导性意见,完善了高产气井安全完井技术。