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关于水平井注水管柱的受力分析

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  注水管柱的工作原理是利用配水嘴的节流作用来控制不同底层的注水量,下面是小编搜集整理的一篇探究水平井注水管柱受力分析的论文范文,供大家阅读参考。

  摘要:在石油的开采开发中,水平井开采技术作为开发的最基本和普遍应用的技术,在石油的开采中发挥了重要作用。而注水是目前油田开采中保持地层能量的主要方式,注水方式是采油实现的稳产、高产的重要措施,,并且随水平井在各油田的普遍应用,水平井注水技术日趋成熟。本文将从水平井注水工艺、注水管柱的概况来分析注水管柱受力状态的影响因素,通过注水管柱的力学模型和计算方式为实际操作提供技术指导。

  关键词:水平井;注水管柱;平衡状态;受力分析

  一、简述水平井注水和注水管柱

  1 简述水平井注水

  因为注水井与生产井之间存有径向流,巨压损耗降低采收,而将径向流转变为直线流的方式有垂直向压裂和水平井注采技术,水平井正常注水,管柱所受压力会分散在泄油井端上,界面压力小受到的形变小,降低了含水量的增加速度,油水界面距离增大。水平井能达到泄油的均匀性使水驱前缘能够向前推进,流速较大。根据以上特点水平注水在低渗透等地质复杂的油藏中可以提高其油田油层的开发率,提高产量,加速进程。水平注水可提高水驱波和系数,减小了油层的压力,降低了生产成本。

  2简述注水管柱

  注水管柱的工作原理是利用配水嘴的节流作用来控制不同底层的注水量。水嘴的大小不同会影响注水的节流损失。而根据地层的配注量来选择合适的水嘴,具有重要意义。

  注水管柱会伴随注水工艺与生产工况的不同而有差别,通常情况下,根据注水管柱的结构特点不同形成多种分类。根据支撑方式不同,分为底部支撑式、自由悬挂式。前者难度大于后者,主要因为封隔器的准确度与其管柱的复杂程度有关。组成管柱的工具结构在一定特点上具有相似性,分为固定注水管柱、偏心注水管柱、空心注水管柱、油套分层注水管柱、双段自调分段注水管柱等。根据封隔器工作原理不同分为水力压缩式封隔器分段注水工艺管柱、水力扩张式封隔器分段注水工艺管柱、卡瓦式分段注水工艺管柱、支撑式封隔器分层注水工艺管柱。

  二、简析注水管柱受力状态和模型

  1简析影响注水管柱受力状态的因素 在石油开采开发中,水平井注水管柱受内压、外压、轴向力、粘滞摩阻力等多种载荷的综合作用而形成三种平衡状态即稳定状态、正弦状态和螺旋状态。摩擦、内外压、粘滞摩阻、井斜角等各种因素也对管柱的水平力产生的影响。

  同时,主水管柱在不同过程中其受力情况也会变化。当注水从管柱下入到正常注水,,会随外界压力、温度等变化,,造成管柱伸缩,,严重时可能会影响正常注水。正常注水时,管柱常处于不平衡状态。注水管柱的内、外流体压力以及受力随外界的变化而改变,,导致注水管柱产生较大的轴向变形,引起密封失效,并在注水管柱和井壁之间产生较大的反力,,易给井下作业的安全性造成威胁,带来严重的井下事故和经济损失。造成严重的井下作业事故,,带来巨大的经济损失。

  2 简析注水管柱受力模型

  由于对注水管柱不平衡状态的受力情况不了解,选择注水参数没有顾及操作过程中注水管柱承载压力的大小,同时注水管柱在井眼中稳定性及负荷传递、变形等考虑不周均会引发一些事故和安全、财产损失。为了确保注水管柱能够有效合理地工作 ,准确地掌握注水管柱的应力和轴向变形至关重要 ,合理地计算注水管柱的伸缩力和伸长量能为预防措施的有效实施做准备。

  3 注水管柱基本效应的力学模型

  管柱结构设计中最突出的问题是注水管柱的失稳问题,封隔器的蠕动形变、封隔器的滑脱引起注水层间窜通,严重时则可能导致封隔器胶筒或管柱破裂。

  经过学者对注水管柱实际受力情况的探讨,分析出注水管柱在各种力的综合作用下会产生4种效应。

  (1)活塞效应

  (2)螺旋弯曲效应

  压力既沿管柱垂直作用于封隔处的密封管和油管柱,也会在油管柱的壁面上产生水平作用力。螺旋弯曲指弹性弯曲,当外力变化未超出管柱的实际承载量时,管柱会恢复到原来的状态。而如果紧靠封隔器的活塞力大于管柱发生的旋转弯曲临界点时,则注水管柱就无法螺旋弯曲恢复到原有的状态。

  (3)鼓胀效应

  工况不同,注水管柱内外力作用不同,使得注水管柱受多种力的影响和制约。鼓胀效应分为正鼓胀效应和反鼓胀效应,正鼓胀效应指当油管内压力大于套管内压力时,管柱直径增大,长度减小;反之,则为反鼓胀效应。

  (4)温度效应

  除了注水管柱基本效应的力学模型外,还有注水管柱抗拉伸载荷模型(不加厚油管抗滑扣载荷和外加厚油管抗拉伸载荷)、注水管柱最大允许下入深度计算模型 、注水井井筒压力分布计算模型等。

  三、注水管柱在青海油田中的应用

  随着水平井钻井、完井技术的发展,许多关键技术在各油田中已普遍使用。而水平井具有注入压力小、产生热裂缝的条数多,水驱前缘近似于线性驱动等优势,其被广泛的应用于各大新、老油田的开采开发中,青海油田就是收益者之一。

  青海油田地处青海省柴达木盆地,地质构造复杂。根据青海油田的地层特征,青海油田利用先进的技术优势拓展了水平井注水管柱的市场,利用水平井注水新工艺为涩北二号和马北油气田的油气开采开发服务,通过对注水管柱的受力情况进行深入的分析,利用地面管网系统将地面水源注入注水层,在配水器水嘴的节流作用来控制注水量。从而避免了在实际操作中的安全隐患,同时也利用悬挂式管柱技术等新技术优势扭转了市场局面。降低了生产成本,提高了经济效益,实现了安全、清洁、高效、和谐发展的总体目标。其利用不同油注水管柱的组合使得封隔器的密封效果有了显著的提高。

  结语

  水平井注水管柱的注水方式在石油的勘探开发中做出了重要贡献,提高了采油量、开采效率、经济效益的同时,也使得油气的勘探开发技术日趋成熟,为油气的开采工作注入新的活力。而对水平井注水管柱进行受力分析,有助于深入的运用该技术,趋利避害,在指导实际操作的同时,能更好的为现代化建设服务。

  参考文献

  [1]窦宏恩.水力活塞泵采油管柱受力分析[J] . 石油机械,1997(06).

  [2] 赵楠.综述采用水平井开发油气藏的优势[J] . 内蒙古石油化工,2010.

  [3] 冷继先.井下管柱弯曲行为的理论与实验[D]. 西南石油学院博士论文,2003.

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