油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用.pdf

2 0 1 3年第4 1 卷第4期 石 油机械 CHI NA P ET R0LEUM MACHI NERY 一89 一 ． _ 油气 田开发 工程 油气 测试管柱 力学分析 与优化设计软件及应用 李敬元 李子丰 郭 蕾 1 ．燕山大学石油工程研究所2 ．中国石油集团钻井工程技术研究院 摘要在油气井测试过程 中，特别是高温高压气井、超深井、水平 井的测试 ，测试 管柱在轴 向力、管 内外压力、弯矩、扭矩及温度等 因素 的作用 下，会形成复杂的应力和应变，有时会造成 管柱断脱和屈服破坏。为此，开发 了油气测试管柱力 学分析与优化设计软件。该软件考虑井 眼轨 道 、测试管柱结构、测试 阀类型、井 内外流体性能、管柱 内外压力、管柱与井壁 间的摩擦 因数 、 管柱温度及地层温度 ，可计算 出油气测试过程不同作业 阶段管柱 的受力状 态，包含管柱 的轴 向拉 力、 化 。 扭矩、应力 安全系数、稳定性状态及伸长等参数，可 以对多级管柱组合 的各级长度进行优 现场应用结果显示，软件的计算精度满足工程作业需要。 关键词 试油；试气；测试管柱 ；力学分析 ；优化软件 中图分类号 T E 2 7 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 2 1 So f t wa r e f o r M e c h a n i c a l An a l y s i s a n d Opt i m i z a t i o n De s i g n o f t he Oi l - g a s Te s t St r i ng L i J i n g y u a n L i Z i f e n g Gu o L e i 1 ． P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ，Y a n s h a n U n i v e i t y 2 ． C N P C D r i l l i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e Abs t r a c t I n t h e t e s t i n g pr o c e s s o f o i l - g a s we l l s ，e s pe c i a l l y h i g h t e mp e r a t u r e a nd h il g h p r e s s u r e we l l s ，s u p e r - d e e p w e l l s a n d h o riz o n t a l w e l l s ，t h e t e s t s t r i n g w i l l h a v e c o mp l e x s t r e s s a n d s t r a i n d u e t o t h e e f f e c t s o f a x i a l f o r c e， i n n e r a n d o ut e r pr e s s u r e s o f t he s t rin g，b e nd i n g mo me n t ，t o r q u e a n d t e mpe r a t u r e ．S o me t i me s s t rin g b r e a k i n g a n d y i e l d d a ma g e wi l l O c c u r ．Th e r e f o r e．t h e s o f t wa r e f o r t h e me c h a n i c a l a n a l y s i s a n d o p t i mi z a t i o n d e s i g n o f t h e o i 1 一 g a s t e s t s t r i n g w a s d e v e l o p e d ．T h e s o f t w a r e c o n s i d e r s s h a f t t r a j e c t o r y ，t e s t s t ri n g s t r u c t u r e ， t e s t v a l v e t y p e ，fl u i d p e r - f o r ma n c e i n s i d e a n d o u t s i d e t h e we l l ，i n t e r n a l a n d e x t e r n a l f o r c e s o f t h e s t ri n g，f r i c t i o n c o e ffic i e n t b e t we e n s t ri n g a nd we l l wa l l ， s t rin g t e mpe r a t u r e a n d f o r ma t i o n t e mpe r a t u r e ．I t c a n c a l c u l a t e t h e f o r c e c o n d i t i o n s o f t he s t ring a t d i f f e r e n t o p e r a t i n g s t a g e s i n t he p r o c e s s o f o i l g a s t e s t i n g，i n c l u di ng p a r a me t e r s s u c h a s s t rin g’S a x i a l t e n s i o n， t o r q u e ，s t r e s s ，s a f e t y c o e ffic i e n t ，s t a b i l i t y s t a t e a n d e l o n g a t i o n ．An d i t c a n o p t i mi z e t h e l e n g t h o f t h e s e c t i o n s o f mu l t i s t a g e s t rin g a s s e mb l y ． The fie l d a p p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e c alc u l a t i o n p r e c i s i o n o f t h e s o f t wa r e me e t s t h e ne e d s o f e n g i ne e rin g o p e r a t i o n ． Ke y wo r d s o i l t e s t ； g a s t e s t ； t e s t i ng s t r i n g；me c h a n i c a l a n a l y s i s； o p t i mi z a t i o n s o f t wa r e O 言 在油气井测试过程中，特别是 高温高压气井 、 超深井和水平井 的测试 ，测试管柱在轴向力、管内 外压力、弯矩 、扭矩及温度等因素的作用下 ，会形 成复杂的应力和应变 ，有时会造成管柱断脱和屈服 破坏 I 2 J 。为此 ，现场作业急需油气测试管柱力学 分析和优化设计软件指导设计和施工 。笔者在文献 【 3 5]的基础上 ，用 V i s u a l B a s i c 2 0 0 8 、T e e e h a r t 7和 O ffic e 软件编写了油气测试管柱力学分析与优 化设计软件 ，并在西部某油田得到了广泛应用 。 基金 项 目国家 自然科学基金资助项 目 “ 考虑钻井液动力润滑作用 的旋转钻柱涡动状态研究” 5 1 2 4 4 0 0 4 。 弓