超深井射孔管柱动态力学分析_陈华彬

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超深井射孔管柱动态力学分析

ｔｏｎｕｔａｄｅｌａｔｒｔｅｒｔａｎｌｓｓｏｔｉｇｄｎｍｉｍｅｈｎｓ．Ｔｈｅｆｒｔｎｉｎｉｌｒ－ｅｐｗｅｌｆｅｈｏｅｉｌａａｙｉｆｓｒｎｙａｃｃｃａｉｍｅｐｒｏａｉｇ
陈华彬，唐凯，任国辉，廖志开，欧跃强
（国石油集团川庆钻探工程有限公司测井公司，庆４０２）中重００１
摘要：超深井射孑完井过程中，孔瞬间形成的动态载荷对射孔管柱产生影响，重时会使射孔管柱弯曲、裂。Ｌ射严断通过管柱动力学理论分析，用Ｐｌｒｃ孔工程软件对射孔管柱在超深井井况下进行力学仿真。利用ＡＮＳＳ利ｕｓａ射ＦＹ／Ｌ－ＹＮＡ有限元分析软件对射孔管柱进行隐显动力学分析。认识到射孑管柱受到口袋长度、液密度、柱长ＳＤＬ井管度、孑厚度、深以及枪弹变化等因素影响，孔时受约束的封隔器下端面处射孔管柱受力最大。提出了提高油射Ｌ井射气井射孔管柱安全性的６措施。项关键词：石油射孔；深井；射孔管柱；态力学；仿真；有限元分析；安全性超动
ＡｂｔａｔＩｌｒ－ｅｐｐｒｏａｉｇｃｍｐｅｉｎｐｏｅｓｈｏｍｅｎｉｓａｔｎｏｓｐｒｏａｉｎｓｒｃ：ｎｕｔａｄｅｅｆｒｔｎｏｌｔｏｒｃｓ，ｔｅｆｒｄｉｎｔｎａｅｕｅｆｒｔｏｓｄｎｍｉｏｄｈｓｉｆｕｎｅｏｈｅｆｒｔｎｔｉｇａｄｃｕｅｈｔｉｇｂｎｎｕｔｒ．ｙａｃｌａａｎｌｅｃｎｔｅｐｒｏａｉｇｓｒｎ，ｎａｓｓｔｅｓｒｎｅｄａｄｒｐｕｅ

油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析

进提供了理论基础和参考依据。
关键词：气深井；井；钻扩眼；转振动油钻随扭
中图分类号：Ｅ４Ｔ２５
文献标识码：Ａ
ＤＩ１．８３ｊｉｎ１０２３．０８０．１Ｏ：０３６／．ｓ．００— ６４２０．６０９ｓ
引言
起周期性的扭转振动。钻柱的扭转振动主要是由钻头的粘滑运动造成的，即钻头旋转速度变化很大，在
过随着石油工业的发展，气勘探面临越来越复某一瞬时钻头可能静止不动，一段时间后便以数油这杂的地质问题，钻井难度越来越大，特别在深井和超倍于平均转速的速度旋转，样就可能导致钻柱的
摘
要：针对深井、超深井、高压油气井等钻井作业中安全高效的扩眼问题，究随钻扩眼钻具组合在井下的实际受研
力情况，对随钻扩眼钻进钻柱扭转振动进行了三维有限元模拟，出了研究扩眼器的质量偏心、提钻机顶部支撑等因素对扭转振动作用的力学分析模型，并讨论了随钻扩眼钻具组合的扭转振动频率和动力学强度等力学问题。通过分析提出了在实际施工作业中减少扭转振动带来危害的技术措施，为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻
问题处理起来较为方便。为了便于分析钻头及钻柱
基金项目：国家自然科学基金项目（０１０３。９６０１）
作者简介：石晓兵（９７一，（１６）男汉族）重庆酉阳人，，副教授，博士，从事石油工程教学与科研工作。

射孔测试联作管柱受力分析及井下仪器保护技术(精)

射孔测试联作管柱受力分析及井下仪器保护技术尹洪东李世义(北京理工大学机电工程学院,北京 100081张建军y(华北油田公司采油工艺研究院,河北任丘 062552摘要结合现场实际,对射孔测试联作施工管柱进行了力学分析,重点分析了高压和射孔枪振动对管柱的影响,指出射孔瞬间在封隔段形成的高压是引起管柱振动的一种主要影响因素,提出管柱的减振方法。

指出高压也是压力计损坏的主要因素。

在此基础上,设计了管柱结构、井下仪器保护装置,提高了射孔测试联作成功率。

关键词射孔测试联作井下仪器减振器保护器油管输送射孔与地层测试联作(简称联作技术,是解决一些储层测试工艺的一种有效方法。

由于对管柱受力状况及压力计、时钟等仪器的损坏原因认识模糊,施工中虽使用了减振器,还是频繁发生压力计、时钟等井下仪器损坏现象,阻碍了联作技术的应用。

通过对射孔测试联作管柱受力状况分析发现,原来认为时钟、压力计等仪器损坏仅是由射孔枪纵向振动引起的认识是不全面的,得出射孔枪起爆瞬间在封隔段形成的高压引起管柱振动也是造成时钟、压力计等仪器损坏的一种主要影响因素,同时,这个高压造成了压力计因超压而损坏。

在此基础上,对管柱结构进行了改进,研制出新型压力计保护装置,并经试验验证,获得了成功。

1 管柱受力及仪器损坏原因分析1.1 工艺原理射孔测试联作是把射孔枪与测试仪器组合为一次下井管柱,射孔枪接在管柱的底部,测试仪器接在管柱的中部,采用油管输送的方式,把射孔枪和测试仪器送到预定位置,磁定位测得定位短节深度,调整管柱,使射孔枪对准油层,坐封封隔器并开井后,环空加压引爆射孔枪,然后按测试设计开关井,进行地层测试。

射孔测试联作管柱结构见图1。

1.2 管柱受力分析过去认为射孔枪的纵向振动是引起管柱振动的主要因素,认为压力计、时钟是振坏的。

但经对管柱受力分析发现,射孔枪起爆时枪膛内的高压气体向图1 射孔测试联作管柱结构封隔段释放,这部分高压气体会推动管柱向上强烈冲击振动。

深水喷射钻井导管力学分析与强度校核

过算例对不同钻井船偏移和固井水泥环返高组合工况下的导管横向承载能力进行了分析与校核，旨在为
南海深水喷射钻井导管强度校核提供有用参考。
１导管受力分析与强度校核方法
导管横向受力最大的情况出现在防喷器与井口相连之后。深水钻井系统受力示意图如图１所示。此时隔水管底端与防喷器组相连，顶端与钻井船相连，风、浪、流等环境载荷及其他外部因素作用引起的钻井船偏移会使隔水管对底部防喷器组产生水平分力，并最终通过井口传递到导管之上。图１中泥线以下管串最表层的管柱为导管，里面的管柱为表层套管，导管与表层套管的环空为固井水泥环。忽略土层对导管底端的反力。导管承受的作用力主要来自隔水管底部挠性接头处的竖向和横向反力、防喷器组与井口重量、作用于防喷器组及井口的横向波流力、海底土层对导管的侧向摩擦力和横向土反力等。在建立有限元模型时，将图１中的钻井系统在底部挠性接头处分开，提取隔水管底部挠性接头横向
管和导管系统的力学分析模型，尤其针对下入有倾斜及固井有缺陷的导管进行了强度校核，求得钻井船最大许用偏移。算例表明，钻井船偏移对导管强度的影响主要集中在泥线下较短一段管柱，导管２内倾。
［要］深水喷射钻井作业中导管强度是确保井口稳定以及后续钻井作业顺利进行的有力保障。对最危险摘工况下的导管柱横向受力进行了分析，并基于有限元技术提出一种导管强度校核的方法。分别建立隔水

深水钻井管柱力学与设计控制技术研究新进展-中国石油大学(北京)

[1-3]
1
深水钻井特点与关键问题
0
引言
深水钻井工程是深水条件下海洋油气工程作业的
学预测分析并形成相应的控制方法，对确保深水钻井安全高效作业具有重要的实际意义。本文介绍包括深水导管、送入管柱、钻井隔水管、水下井口在内的主要深水钻井管柱的力学研究进展及其存在的问题，以及今后的发展方向，以期为深水钻井管柱力学深入研究与深水钻井技术发展提供有益参考。
关键环节之一。与近海浅水钻井不同，深水钻井必须面对更为复杂的海洋深水环境和地层条件，面临“入地、下海”的双重挑战，需要采用浮式钻井作业平台，建立安全稳定的水下井口与钻井系统，使用特殊的深水管柱 ( 包括导管、钻井隔水管、套管柱及送入管柱等 )、水下智能控制系统等，是一项复杂的系统工程，具有高科技、高投入及高风险等基本特征。随着世界能源需求的增长及海洋油气勘探开发技术的不断进步，人们越来越重视海洋油气资源的勘探开发
摘要
深水钻井作业主要包括导管喷射安装、表层管井段钻井、水下防喷器组和深水钻井隔水管安装及后续
钻井等 4 个主要作业环节，涉及导管、钻井隔水管、送入管柱等 3 类管柱系统。与陆地及浅水近海钻井不同，由于深水钻井工况的独特性，管柱在作业过程中产生复杂的力学行为，严重影响深水钻井的安全高效作业。因此，开展深水钻井管柱力学与设计控制技术研究，对于推动深水钻井科技进步具有重要意义。深水导管喷射安装技术是适应深水钻井的特殊要求而发展起来的一种浅层作业技术，也是深水钻井作业程序的第一步。作业过程涉及导管和送入管柱 2 类管柱系统，主要目的在于建立安全稳定的水下井口，为后续的钻井作业奠定基础。例如送入管柱的力学行为分析与优化设计研究、水下井口的管土相互作用与导管承载能力研究等，对实现水下井口安全稳定的目标具有重要意义。本文从工程应用与技术研发 2 个方面，对涉及其中的送入管柱强度设计与校核、导管喷射安装工艺和导管承载能力等 3 个方面的研究进展进行了综述与展望。认为深水导管喷射安装的未来研究将侧重于极限工况下导管的入泥深度与承载力计算、喷射钻进参数优化、导管喷射安装风险评估与可靠性预测，以及深水导管喷射安装模拟实验等内容。深水钻井隔水管是连接浮式钻井平台与水下井口的重要设备，可提供钻井液循环通道、支持辅助管线、引导钻具、下放与回收防喷器组等。深水钻井隔水管在整个钻井作业过程中涉及安装、正常钻进、回收与紧急撤离等作业过程。由于波流联合作用力的动态效应，深水钻井隔水管在服役期间会产生轴向拉伸、横向弯曲、耦合振动等一系列复杂力学行为，给深水钻井安全作业带来巨大挑战。因此，对深水钻井隔水管力学行为进行研究，确保其安全可靠性，是深水钻井研究的关键问题之一。本文着眼于深水钻井隔水管的顶张力控制、纵横弯曲变形、横向振动特性、纵向振动特性、耦合振动特性及涡激振动特性等主要力学问题，从载荷计算、控制方程、边界条件及求解方法等方面入手，总结了深水钻井隔水管系统在力学与设计控制技术方面取得的新进展，对目前研究中仍然存在的问题进行了剖析和探讨。研究认为在以后的工作中，应在深水钻井隔水管安装作业窗口分析预测、隔水管涡激振动响应与抑制、隔水管疲劳寿命计算与评估，以及隔水管力学行为模拟实验等方面加强研究。在深水井筒整个寿命期间，最大限度地使井筒中地层流体处于有效控制的安全运行状态，防止浅层气和浅水流入侵，提高固井质量，避免水下套管柱变形甚至挤毁等，对于提高深水油气井筒的完整性具有重要的实际意义。本文以深水井筒的温度分布规律、套管环空压力变化及套管应力分布等研究为主，对深水井筒完整性预测和预防研究进行了综述，主要内容包括地层非稳态传热、套管环空循环温度分布、密闭环空内流体升温膨胀引起的附加载荷和预防措施、多层套管柱环空压力计算、套管—水泥环—地层系统热力耦合响应等。分析认为充分考虑深水钻井特殊工艺与环境约束条件、建立适用于深水井身结构与套管柱优化设计方法、开展深水井筒完整性风险评估与设计控制技术研发将是未来关注的重点。开展深水钻井管柱力学模拟实验研究，获取相关的有效数据，对于提高深水管柱力学与设计控制研究水平

超深井非均匀地应力场中射孔套管强度分析

套管的设计和应用提供了理论依据。
［键词］非均匀地应力；射孔套管；剩余强度；有限差分关
［图分类号］Ｔ２７中Ｅ５
［献标识码］Ａ文
［章编号］１０ —９５（Ｏ２８０２Ｏ文００７２２１）０ｌ３一４
应力对超深井射孔后套管强度的影响。研究表明，射孔套管的剩余强度低于未射孔套管的剩余强度；射孔改变了套管应力的分布状态，射孔后套管最大应力发生在射孔处，孔眼处局部应力增大；射孔套管等效应力随内压的增加先降低后增加，存在一个临界值；当套管受非均匀地应力作用时，套管等效应力和变形量增大，且随着应力比的增加，套管等效应力和变形量随之增加，套管更容易发生损坏。该研究为
位７。２。在分析近井筒及孑眼周围区域时采用较细的网格划分。为消除边界效应，模型边界取距离井眼Ｌ
［稿日期］２１收０２—０一ｏ５２［金项目］国家油气重大专项（Ｏ８ＸＯ０９ｏｓ；国家９３基２ＯＺ５Ｏｏ）７ ”规划项目（ｏｏＢ２７１。２１ｃ２６０）［者简介］葛伟凤（９５一，女，２０作１８）０８年中国石油大学（京）毕业，博士生，现主要从事石油工程岩石力学方面的研究。北

超高温超高压超深穿透射孔技术在山前区块的应用

２．ＴａｒｉｍＯｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｋｏｒｌａ，Ｘｉ￣ｉａｎｇ８４１０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｐｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｕｐｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒａｔｉｎｇｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｉｎｄｅｅｐｏｉｌａｎｄｇａｓｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｉｔｉｓｔｈｅｋｅｙｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋｏｆｏｉｌａｎｄｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓａｎｄｄｅｅｐｃａｓｉｎｇｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｓ．Ｐｒｅ－ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｆｒｏｎｔａｒｅａｏｆＭｏｕｎｔＨｅａｖｅｎ，ｐｅｒｆｏｒａｔｉｎｇｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｓｕｆｆｅｒｅｄｆｒｏｍｃｏｍｐｌｅｘｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｃｃｉｄｅｎｔｓ，ｓｕｃｈａｓｓｔｒｉｎｇｂｒｅａｋａｇｅｕｎｄｅｒｐａｃｋｅｒ，ｅａｒｌｙｌｏｓｓｏｆｐａｃｋｅｒｓｅａｌ，ａｎｄＳＯｏｎ．Ｐｅｒｆｏｒａｔｉｎｇｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆａｃｅｓａｓｅｒｉｅｓｏｆｐｕｚｚｌｅｓ，ｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｓｈｅａｒｖｉｓｃｏｓｉｔｙｍｕｄ，ｓｕｐｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｕｐｅｒｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｅｌｌｂｏｒｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙ，ｓｅｃｕｒｉｔｙｏｆｓｔｒｉｎｇｓ．Ｗｅｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｏｉｌａｎｄｇａｓｗｅｌｌｐｒｅ－ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｔｈｒｉｌｌｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｗｅｌｌｂｏｒｅｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｓｔｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃｓ

《2024年水平井杆管柱力学的有限元分析及应用》范文

《水平井杆管柱力学的有限元分析及应用》篇一摘要：随着油田开发的深入，水平井技术日益受到重视。

本文通过有限元分析方法，对水平井杆管柱力学进行了深入研究，探讨了其力学特性和影响因素，并提出了相应的优化措施。

本文旨在为水平井的设计、施工及后期维护提供理论依据和指导。

一、引言水平井技术是现代油田开发的重要技术之一，其特点是能够提高油气的采收率，减少钻井成本。

在水平井的开采过程中，杆管柱的力学性能对于保障生产效率和设备安全具有重要意义。

本文将采用有限元分析方法，对水平井杆管柱的力学特性进行深入研究。

二、水平井杆管柱力学概述水平井杆管柱力学主要研究的是在钻井和采油过程中，杆管柱所受的力学作用及其变化规律。

这些力学作用包括但不限于重力、浮力、内压、外压、摩擦力等。

这些力的综合作用将直接影响杆管柱的稳定性和使用寿命。

三、有限元分析方法有限元分析是一种数值计算方法，通过将连续体离散成有限个单元，求解各单元的近似解，从而得到整个结构的近似解。

在水平井杆管柱力学分析中，有限元分析可以有效地模拟杆管柱在各种工况下的受力情况，为设计提供可靠的依据。

四、水平井杆管柱力学的有限元分析1. 模型建立：根据实际钻井和采油过程中的工况，建立水平井杆管柱的有限元模型。

模型应包括杆管柱的几何尺寸、材料属性、边界条件等。

2. 网格划分：对模型进行网格划分，将连续体离散成有限个单元，以便进行有限元分析。

3. 加载与约束：根据实际工况，对模型施加相应的载荷和约束，包括重力、浮力、内压、外压等。

4. 求解与分析：通过有限元软件进行求解，得到杆管柱在各种工况下的应力、应变、位移等数据。

5. 结果解读：根据求解结果，分析杆管柱的力学特性，包括稳定性、强度、刚度等。

五、影响因素及优化措施1. 影响因素：水平井杆管柱的力学性能受多种因素影响，包括地质条件、钻井工艺、采油工艺等。

其中，地质条件如地层压力、地层温度等对杆管柱的受力情况有重要影响。

2. 优化措施：针对影响因素，采取相应的优化措施，提高杆管柱的力学性能。

深水钻井管柱系统动力学分析与设计方法研究

深水钻井管柱系统动力学分析与设计方法研究廖茂林;周英操;苏义脑;连志龙;蒋宏伟【摘要】深水钻井过程中,从平台延伸到井底的钻柱会在不同深度处与隔水管或井筒发生多点碰撞和摩擦,呈现出接触非线性特征.为了准确掌握深水钻井管柱系统的非线性动力学特性,将其简化为管中管结构,并提出了对应的管柱动力学模型.采用Abaqus有限元软件,对建立的管柱动力学模型进行动态响应模拟,并将模拟结果导入Isight优化软件,进行基于可靠度分析的多目标优化设计,确定出在工程可行性和安全可靠性方面都满足要求的设计参数组合.研究发现,相比于单独考虑隔水管的模型,提出的管中管模型所模拟的管柱系统整体变形程度较小,说明内外管柱之间的相互作用对深水钻井管柱系统的整体偏移有抑制作用;此外,提出的基于可靠度分析的多目标优化设计方法,可以避免优化设计结果因靠近约束边界而在参数波动情况下失效的问题.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2019(047)002【总页数】7页(P56-62)【关键词】管柱力学;深水钻井;动力学分析;管中管结构;多目标优化【作者】廖茂林;周英操;苏义脑;连志龙;蒋宏伟【作者单位】中国石油集团工程技术研究院有限公司,北京 102206;中国石油集团工程技术研究院有限公司,北京 102206;中国石油集团工程技术研究院有限公司,北京 102206;中国石油集团工程技术研究院有限公司,北京 102206;中国石油集团工程技术研究院有限公司,北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TE921+.2深水钻井与陆地钻井最大的区别是，钻具和钻井液要通过几百甚至数千米长的隔水管系统到达海底实现钻进[1]。

隔水管系统上端连接钻井平台，下端通过海底防喷器与井筒相连。

钻井过程中，隔水管和井筒与钻柱不断发生碰撞、摩擦等相互作用。

因此，对这一管中管系统进行准确的动力学分析和优化设计是确保深水钻井安全的关键，具有重要的工程实际意义。

高压射孔测试管柱力学行为仿真

２１钲第４０１Ｏ卷第５期第７４页
石油矿场机械
０ＩＬＦＩＥＬＤＥＱＵＩＭＥＰＮＴ
２ ¨ ，０５：４７Ｏ４（）７～７
文章编号：０１４２（０１）５０４０１０３８２１００７４
管柱轴向力、井壁摩擦力、内外压、管柱自身重力等影响因素，对其在不同危险工况下进行管柱力学
行为模拟。形成了一套基于ＡＢＱＵＡＳ软件下研究测试管柱变形的分析方法，在某地区Ａ井的并应用中取得了良好的效果。此方法能够真实地反映测试管柱的变形规律，对深井勘探现场测试可
ｃａｐｉｔＴｈｅｔｇｓｒｎｓｓｍｕａｅｎｄｆｅｅｔｒｓｒｉｇｃｎｉｉｎｙｃｍｐｅｅｓｖｒｏｎ．ｅｔｓｉｔｉｇｉｉｌｔｄｉｉｒｎｉｋｗｏｋｎｏｄｔｓｂｏｒｈｎｉｅ２ｎｆｏｃｎｉｅａｉｎｏｈｔｉｇａｉｌｆｒｅｆｉｔｏｉｔｒａａｄｅｔｒａｒｓｕｅｇａｉｎＯｏ．ｏｓｄｒｔｆｔｅｓｒｎｘａｏｃ，ｒｃｉｎ，ｅｎｌｎｘｅｎｌｐｅｓｒ，ｒｖｔａｄＳｎｏｎｙ
（ｕｈ％＇ｓｔｏｅｍＳｏｔＣｔＰｅｒｌｕＵｎｉｅｓｔ，ｅｇｄｕ６０５０，ｉａ）ｅｖｒｉｙＣｈｎ１０Ｃｈｎ

深井测试管柱力学研究的开题报告

深井测试管柱力学研究的开题报告一、研究背景和意义在深水油气钻探过程中, 深井测试过程是判定油气层是否含有可采储量的重要工作。

深井测试需要在高温高压的环境下进行，因此测试管柱的力学性能对于测试过程的顺利完成至关重要。

深井测试管柱不仅需要具有足够的承载能力，还需要具有优异的防护性能，以便在测试过程中有效地防止发生事故。

因此，对深井测试管柱力学性能进行研究，对于石油工程领域具有非常重大的意义。

二、研究内容本文旨在对深井测试管柱力学性能进行研究，具体研究内容如下：1. 研究深井测试管柱的受力状态，包括管柱在受力过程中所受的轴向载荷、横向载荷和弯曲载荷等。

2. 研究深井测试管柱的振动特性，包括测试管柱在油井钻井过程中会引发哪些振动以及引起振动的原因。

3. 研究深井测试管柱的磨损特性，包括测试管柱在油井钻井过程中会引发哪些磨损以及引起磨损的原因。

4. 研究深井测试管柱的疲劳特性，包括测试管柱在油井钻井过程中会引发哪些疲劳以及引起疲劳的原因。

5. 研究深井测试管柱的断裂特性，包括测试管柱在油井钻井过程中会引发哪些断裂以及引起断裂的原因。

三、研究方法1. 理论分析法：采用理论模型对深井测试管柱的受力状态、振动特性、磨损特性、疲劳特性和断裂特性进行分析。

2. 数值模拟法：采用有限元方法对深井测试管柱的受力状态、振动特性、磨损特性、疲劳特性和断裂特性进行数值模拟研究，通过数值模拟可以更真实地反映测试管柱的工作环境和受力情况。

3. 实验研究法：采用实验方法对深井测试管柱的受力状态、振动特性、磨损特性、疲劳特性和断裂特性进行实验研究，通过实验可以验证理论分析和数值模拟的可靠性，对深井测试管柱的实际工作情况具有更加直观的了解。

四、预期成果1. 通过理论分析、数值模拟和实验研究，建立深井测试管柱的力学特性模型，为深井测试管柱的设计提供参考。

2. 揭示深井测试管柱在高温高压环境下的受力状态、振动特性、磨损特性、疲劳特性和断裂特性，为测试过程的顺利进行提供支撑。

深水喷射钻井导管力学分析与强度校核

深水喷射钻井导管力学分析与强度校核唐海雄;盛磊祥;陈彬;陈维杰;畅元江;陈国明【摘要】深水喷射钻井作业中导管强度是确保井口稳定以及后续钻井作业顺利进行的有力保障.对最危险工况下的导管柱横向受力进行了分析,并基于有限元技术提出一种导管强度校核的方法.分别建立隔水管和导管系统的力学分析模型,尤其针对下入有倾斜及固井有缺陷的导管进行了强度校核,求得钻井船最大许用偏移.算例表明,钻井船偏移对导管强度的影响主要集中在泥线下较短一段管柱,导管2°内倾斜与固井缺陷对其横向承载能力影响较小.【期刊名称】《石油天然气学报》【年(卷),期】2010(032)005【总页数】5页(P146-150)【关键词】喷射钻井;深水钻井;导管;强度校核【作者】唐海雄;盛磊祥;陈彬;陈维杰;畅元江;陈国明【作者单位】中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东,深圳,518067;中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东,深圳,518067;中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东,深圳,518067;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东,东营,257061;中国石油大学(华东)机电工程学院,山东,东营,257061【正文语种】中文【中图分类】TE52喷射下导管技术是为了解决海床不稳定、破裂压裂梯度底、气体水合物堵塞、浅层水流危害以及海底低温变化等浅层土地质风险难题而提出的一种新的浅层土钻井工艺，已经成功运用于我国南海深水区域的油气田开发［1］。

导管是井身结构中最表层的套管，它为整个套管柱、海底采油树以及井下防喷器组提供重要支撑［2］。

由于作业环境和操作误差等影响因素，导管在喷射下入过程中可能偏斜，导致安装结束后产生一定斜度。

此外，导管在固井过程中可能由于水泥浆漏失导致固井有缺陷。

针对以上情况，在极端环境载荷作用下过大的钻井船偏移可能引起导管抗弯失效或变形过大而影响后续的钻井作业，因此，有必要对导管的横向承载能力进行校核，以确保作业的安全性。

油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析

文章编号:1000-2634(2008)06-0081-04油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析*石晓兵,陈平,熊继有( 油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都610500)摘要:针对深井、超深井、高压油气井等钻井作业中安全高效的扩眼问题,研究随钻扩眼钻具组合在井下的实际受力情况,对随钻扩眼钻进钻柱扭转振动进行了三维有限元模拟,提出了研究扩眼器的质量偏心、钻机顶部支撑等因素对扭转振动作用的力学分析模型,并讨论了随钻扩眼钻具组合的扭转振动频率和动力学强度等力学问题。

通过分析提出了在实际施工作业中减少扭转振动带来危害的技术措施,为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻进提供了理论基础和参考依据。

关键词:油气深井;钻井;随钻扩眼;扭转振动中图分类号:TE245 文献标识码:A DO I:10 3863/j i ssn 1000-2634 2008 06 019引言随着石油工业的发展,油气勘探面临越来越复杂的地质问题,钻井难度越来越大,特别在深井和超深井中,钻井作业的复杂性、高压油气井的钻井作业等都使安全高效的扩眼作业技术需求不断增长,扩大井眼直径使其超过钻头尺寸可以解决复杂问题,例如盐层蠕变缩径、钻屑沉积、井壁形成虚泥饼。

在深井钻井中要求下多层套管,为了扩大井眼尺寸、降低钻井成本,增加了对更可靠的井下扩眼器的应用需求[1-2]。

随钻扩眼(R W D)是解决复杂深井阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段。

目前这项技术掌握在国外技术服务公司手中,只做技术服务,工具研制和钻具组合设计原理没有公开报道过。

近年来国内开始了这类工具的研制与现场试验[3]。

加快国内随钻扩眼技术的发展与应用,进行随钻扩眼钻具组合设计及其受力分析研究,从而为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻进提供理论基础和参考依据,以适应复杂深井超深井钻井的发展,具有重要的现实意义。

1 随钻扩眼钻柱扭转振动有限元分析钻头的周期性运动导致扭矩成周期性变化,引起周期性的扭转振动。

超深井钻柱动态疲劳失效特征及参数优选

超深井钻柱动态疲劳失效特征及参数优选
王文昌;徐祖凯;周星;王昭彬;陈锋
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2024(52)2
【摘要】随着油气勘探深度不断增大,超深井钻柱井下振动更加复杂,应力状态随时间变化显著,为保障超深井钻柱的安全性,开展了受空间挠曲井筒约束超细长钻柱的动态疲劳失效特征研究,并进行钻柱结构及工作参数优选。

基于实际井眼轨迹,考虑钻柱与井壁的碰撞特征,通过有限元仿真分析,得到全井钻柱动力学特性;根据疲劳损伤累积理论,研究了超深井全井钻柱在非对称循环变幅应力状态下的疲劳强度;结合现场实例,研究了超深井钻柱的危险截面,分析了钻柱疲劳强度随转速、钻压和稳定器安装位置的变化规律。

研究表明:钻压和高转速对钻柱疲劳强度的影响较大,低转速对钻柱疲劳强度的影响较小;稳定器可以大幅降低底部钻具组合疲劳失效的概率,而且稳定器安装位置对钻柱疲劳强度的影响较为显著。

研究结果为超深井钻柱组合结构参数和钻井参数优选提供了理论依据。

【总页数】8页(P118-125)
【作者】王文昌;徐祖凯;周星;王昭彬;陈锋
【作者单位】上海大学力学与工程科学学院;上海市应用数学和力学研究所;上海大学机电工程与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE21
【相关文献】
1.深井随钻扩眼钻柱动力学分析及钻井参数优选
2.深井、超深井钻柱失效的力学机理分析及预防对策
3.超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析
4.提高深井和超深井钻柱使用寿命的途径
5.塔里木盆地超深井311.2mm井眼钻柱动力学特性及参数设计
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下一次管柱进行射孔,生产测试和压力恢复测试

下一次管柱进行射孔,生产测试和压力恢复测试Barn.,JA;杨长祜
【期刊名称】《油气田开发工程译丛》
【年(卷),期】1990(000)004
【总页数】5页(P28-32)
【作者】Barn.,JA;杨长祜
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TE353
【相关文献】
1.射孔段管柱动态载荷综合测试 [J], 周海峰;马峰;陈华彬;徐豫新;卢熹;王树山
2.射孔冲击载荷对射孔-酸化-测试联作管柱的影响分析 [J], 张文斌;谢胜;卢齐
3.现场常进行压力恢复而极少进行压降测试原因分析 [J], 刘能强
4.非自喷井的一次下井油管输送射孔、生产测试和压力恢复试井方法 [J],
J.A.Barnes;C.V.Swafford;P.M.Snider;唐愉拉
5.一趟管柱分层分时射孔测试技术 [J], 董拥军;隋朝明;高文涛;刘涛;王英杰;周华楠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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第34卷第5期2010年10月测井技术W ELL LOGGING T ECH NOLOGYV ol.34 N o.5Oct 2010作者简介:国家科技重大专项/大型油气田及煤层气开发0项目的/超深超高压高温油气井试油、完井及储层改造配套技术研究0(2008ZX05046O 04)作者简介:陈华彬,男,1982年生,工程师,主要从事射孔研究工作。

文章编号:1004O 1338(2010)05O 0487O 05超深井射孔管柱动态力学分析陈华彬,唐凯,任国辉,廖志开,欧跃强(中国石油集团川庆钻探工程有限公司测井公司,重庆400021)摘要:超深井射孔完井过程中,射孔瞬间形成的动态载荷对射孔管柱产生影响,严重时会使射孔管柱弯曲、断裂。

通过管柱动力学理论分析,利用PulsFr ac 射孔工程软件对射孔管柱在超深井井况下进行力学仿真。

利用A N SYS/LS -DY N A 有限元分析软件对射孔管柱进行隐-显动力学分析。

认识到射孔管柱受到口袋长度、井液密度、管柱长度、射孔厚度、井深以及枪弹变化等因素影响,射孔时受约束的封隔器下端面处射孔管柱受力最大。

提出了提高油气井射孔管柱安全性的6项措施。

关键词:石油射孔;超深井;射孔管柱;动态力学;仿真;有限元分析;安全性中图分类号:T E256.2 文献标识码:AString Dynamic Mechanics Analysis on Ultra -deep PerforationCH EN H uabin,T A NG Ka i,R EN Guohui,LI AO Zhikai,OU Y ueqiang(W ell L ogging Company,CNPC Chu anqing Drill &Exploration Engineering Corporation ,Ch ong qin g 400021,China)Abstract :In ultra -deep perfo rating com pletion process,the for med in instantaneous perforatio ns dynamic load has influence on the perforating string ,and causes the string bend and rupture.PulsFrac pro fessional eng ineering so ftw are w as used to do perforating string mechanical simula -tion in ultra -deep w ell after theoretical analy sis of string dynam ic mechanism.The perforatingstring im plicit -ex plicit dynam ic analy sis w as performed by A NSY/LS -DYNA finite element ana-l y sis so ftw are.It is found that conditio ns of the perforating string ar e influenced by the po ckets length,w ell liquid density,string length,perforatio n thickness,w ell depth,the bullet chang es and so on.The m ax imum perforating string load is in the low er end of bo unded packer.6m eas -ures to improv e the security of perforating string ar e given.Key words :petraleum perforation,ultra -deep w ell,per for ating str ing,dynam ic mechanics,sim -ulation,finite element analysis,security0 引言勘探开发的超深井特点[1]是储层埋藏深,一般在5000~6500m 之间,最深达到7000m 以上;储层温度较高,龙岗地区井底温度一般在140e 左右,九龙山地区达到150e 以上,塔里木油田的超深井温度高达170~200e ;储层压力高,龙岗地区地层压力一般在70~90M Pa,九龙山地区达到131MPa;塔里木油田大北区块的超深井压力普遍在140MPa 左右;储层普遍含硫;完井方式一般采用射孔酸化测试三联作或射孔酸化(测试)联作等。

1 超深井射孔管柱动力学效应超深井射孔井下情况较为复杂,射孔管柱是一个关键部位。

射孔冲击波形成的动态载荷使射孔管柱产生振动,促使管柱轴向拉伸或压缩,严重情况下会使射孔管柱弯曲,甚至断裂[2]。

一般情况下,超深井射孔都会结合封隔器一起作业,以便缩短试油周期和降低成本。

井筒内的射孔管柱上端受到封隔器约束,周围受到套管的限制,射孔管柱可当成单自由度运动体系。

利用达朗伯原理建立运动方程mx &(t)+cx .(t)+kx (t)=f (t)(1)式中,kx 为恢复力;m x &为惯性力;c x.为黏性阻尼力;f (t)为振动外力。

运动方程的标准形式x &(t)+2F X n x .(t)+X 2nx (t)=f (t)m(2)无阻尼固有频率X n =k m(3)阻尼比F =c 20X n m =cc r(4)临界阻尼系数c r =2X n m(5)结合封隔器作业的超深井射孔管柱,上端被封隔器约束,X 、Y 、Z 方向不能产生移动,下端则悬在井筒内,它属于一端固定、一端自由的细长杆,通过推导计算得到频率方程X l a =n P 2(n =1,2,3,,)(6) 固有频率X n =n P a 2l =n P 2lE Q(n =1,3,5,,)(7)主振型U(x )=A c sin (n P 2lx )(8)振动全解u(x ,t)=E]n=1,3,5,,A c n sin (n P2lx )sin (X n t +U n )(9)将方程解u(x ,t)代入N =A R =AE E =AE 9u 9x(10)进行求导,可求出构件在动态载荷作用下t 时刻的力学情况。

2 超深井井况因素对管柱的影响利用射孔工程软件PulsFrac [3]对井况条件下管柱进行影响分析,将油气井基本数据包括地层岩性、杨氏模量、泊松比、孔隙度、渗透率等参数输入到软件中,通过计算模拟出射孔管柱受力变化情况(见表1)。

在这些基本参数不变的情况下,分别开展针对5in(非法定计量单位,1ft =12in =0.3048m,下同)、5"-in 套管的口袋长度变化、井液密度变化、射孔管柱长度变化、射孔厚度变化、井深变化、套管枪弹类型变化等对射孔管柱受力影响仿真,并获取数据形成数据曲线。

5in 套管内外径5108mm/5127mm ,枪弹型指标为86枪型、装药25g 、孔径59.7mm 和穿深538m m 。

5"-in 套管内外径5121mm /5140mm,枪弹型指标为102枪型、装药45g 、孔径512.5m m 和穿深1038mm 。

表1 油气井基本参数储层参数井况参数地层:长兴组H 2S:34mg #L -1井斜:0b岩性:灰岩和云质灰岩地层压力:61M Pa 泊松比:0.30孔隙度: 2.0%~5.9%地层温度:140e 杨氏模量:48G Pa 渗透率:0.0020~0.7005mD *流体敏感度:NO*非法定计量单位,1mD =9.87@10-4L m 2,下同2.1 口袋长度变化对管柱的影响井深大于6000m 的5in 或5"-in 套管超深井,射孔管柱长30m,射孔井段(厚度)5968.5~5998.5m(30m),密度1.0g/cm 3,装配86型枪弹或102型枪弹,口袋由1~100m 变化,井深对应由6000~6099m 变化,得出口袋与射孔管柱受力变化曲线(见图1)。

图1 5in 套管和5"-in 套管口袋长度与受力关系曲线#488#测井技术 2010年计算结果:拉伸力、压缩力趋势一致。

口袋在10m 以内,管柱受拉伸压缩力随口袋长度增加而呈抛物线走势;口袋在10m 以上,管柱受拉伸压缩力随口袋长度增加而近似平缓递减。

2.2 井液密度变化对管柱的影响井深为6500m 的5in 或5"-in 套管超深井,口袋长4m 、射孔管柱长30m 、射孔井段(厚度)6465~6495m(30m)、装配86型枪弹或102型枪弹,井液密度由1.0~ 2.3g/cm 3变化,得出密度与射孔管柱受力变化曲线(见图2)。

图2 5in 套管和5"-in 套管密度与受力关系曲线计算结果:密度<1.7g/cm 3,压缩力随密度增加而平缓增加;密度>1.7g/cm 3,压缩力随密度增加而陡增;拉伸力始终随密度增加而近似线性增加。

2.3 射孔管柱自身长度变化的力学影响井深为6003m 的5in 或5"-in 套管超深井,口袋长4m 、射孔井段(厚度)5968.5~5998.5m (30m )、装配86型枪弹或102型枪弹,密度1.0g/cm 3,射孔管柱长由10~150m 变化,得出射孔管柱自身长度变化的受力变化曲线(见图3)。

计算结果:管柱<50m 内,管柱拉伸力、压缩力表现突出,随射孔管柱的增加而线性递减;管柱>50m,管柱拉伸力、压缩力随射孔管柱长度的增加而平缓递减。

2.4 井深变化对管柱的影响井深由5000~7500m 变化的5in 或5"-in图3 5in 套管和5"-in 套管管柱长度与受力关系曲线套管超深井,射孔井段(厚度)由4965~4995m (30m )至7465~7495m(30m )变化、口袋长4m 、密度1.0g/cm 3,射孔管柱长30m,装配86型枪弹或102型枪弹,得出井深与射孔管柱受力变化曲线(见图4)。

图4 5in 套管和5"-in 套管井深与受力关系曲线#489# 第34卷第5期陈华彬,等:超深井射孔管柱动态力学分析计算结果:拉伸力、压缩力始终近似线性增加。

2.5 射孔厚度变化对管柱的影响井深为6003m 的5in 或5"-in 套管超深井,射孔井段(厚度)对应由5993.5~5998.5m (5m )至5898.5~5998.5m (100m )变化、口袋长4m 、密度1.0g /cm 3,射孔管柱长30m,装配86型枪弹或102型枪弹,得出射孔厚度与射孔管柱受力变化曲线(见图5)。