分层注水工艺管柱变形量计算.pdf

第29卷第5期西南石油大学学报Vol.29No.5
2007年10月JournalofSouthwestPetroleumUniversityOct2007

文章编号:1000-2634(2007)05-0145-04

分层注水工艺管柱变形量计算3

蒋建勋1,刘琦1,程福平1,石庆2,郑凯3
(1.西南石油大学石油工程学院,四川成都610500;2.四川石油管理局井下作业处;3.西南油气田分公司天然气研究院)

摘要:针对目前分层注水工艺中所使用2个或2个以上封隔器的相互作用,使得管柱的变形量计算趋于复杂的问题。
以水力压缩式封隔器分层注水工艺管柱为例,较详细的分析了管柱受力坐封前、坐封后和注水3个过程中的受力状
态和变形情况,并对注水时层间压差引起的受力差异给出了重点分析,推导出了管柱在不同过程中的受力及变形计
算公式。为层流注水工艺解决层间矛盾,调整油层平面上注水分布的均匀性提供了理论依据。
关键词:分层注水;封隔器;管柱;变形;计算分析
中图分类号:TE934文献标识码:A

水力压缩式封隔器分层注水工艺管柱一般均采(3)A、B封隔器为同种型号,同种尺寸;
用液压坐封,上提管柱自动解封。封隔器密封是靠(4)注水时,油、套管中充满液体,而且液体为
锁紧装置或剪钉来实现的。在正常注水时,管柱上稳定的层流状态;
存在着鼓胀效应、活塞效应、螺旋弯曲效应、温度效(5)考虑液体浮力和注水时摩擦力。
应。在停注时,管柱上只存在着虎克定律效应的自
重伸长。因此,正常注水时,管柱变形量大,停注时,2封隔器坐封前的管柱变形量计算
管柱变形量小。管柱这样伸长与缩短,就造成胶筒
在井下蠕动,使封隔器密封失效,甚至造成封隔器在封隔器A坐封前管柱如图1(a)所示。
[1-5]
井下自动解封。pi=po(1)
由管柱弯曲的判别式可知,由于此时管柱只受
1力学模型建立的假设条件重力作用,封隔器对管柱无任何作用力,因此管柱不
会发生弯曲,呈直线状态。油管内径面积上产生了一
(1)如图1所示,油管柱为单管,上下无尺寸变化;
个活塞效应的轴向载荷(缩短为负,伸长为正)
-3
F=[pi(S3-S2)-po(S3-S1)]×10(2)
将式(1)代入式(2)得出
-3
F=po(S1-S2)×10(3)
由虎克定律公式计算出变形量为

FLLpo(S1-S2)-3
ΔL前=-=-22×10(4)
EAsE(D-d)

3封隔器坐封时的管柱变形计算

图1封隔器坐封前后管柱变形示意图
3.1封隔器A坐封引起的管柱变形量
()注水井采用、(下面的为上面的为
2ABA,(1)A封隔器坐封时,如图1(b)所示,需要满足
B)两个封隔器把管柱分为上下3段,对3个不同层
pAS1=piA(S3-S2)-poA(S3-S1)(5)
位实施注水
;把式(5)代入式(2)则得出

3收稿日期:2006-9-14
作者简介:蒋建勋(1968-),男(汉族),重庆璧山人,博士,副教授,从事采油采气工艺研究。
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-3π2-3与上面的分析相同:封隔器B坐封同样使管柱
F=pAS1×10=dpA×10
4发生上述变形。
A封隔器处由于活塞效应引起的管柱变形量为(1)B封隔器坐封后,如图1(c)所示,由活塞效
2
dpALA应引起的管柱变形
ΔL1A=-22(6)
E(D-d)2
dpBLB
ΔL1B=-(11)
(2)由于A封隔器坐封,引起上部油管弯曲,所E(D2-d2)
受弯曲力为
(2)B封隔器坐封,发生螺旋弯曲效应引起弯
F2=S(p-p)+WL(7)
弯A3iAoAA曲力为
把式(6)代入式(7),得到由于螺旋弯曲效应引
2()()
起的变形量F弯B=S3piB-poB+WLB12
22
(Δr)F弯弯曲变形量为
ΔL=-=
2A8EIW22
(Δr)F弯B
22ΔL2B=-=
(Δr)[S3(piA-poA)+WLA]8EIW
-(8)
8EIW22
(Δr)[S3(piB-poB)+WLB]
-(13)
(3)油管受内压,由于鼓胀效应使油管缩短,A8EIW
封隔器坐封前与坐封时套管压无变化Δ。
,p2A=0(3)由鼓胀效应引起的管柱变形量
推出2
2μpBdL
2Δ
μΔL3B=-22(14)
2p1AdLE(D-d)
ΔL3A=-(9)
E(D2-d2)
3.3A、B封隔器之间管柱变形量
由于
B封隔器坐封以后,在A、B封隔器之间油管柱
1-3
Δp1A=×9.8×10ρLA-内外出现压力差此时会发生鼓胀效应使油管伸
2,,
长。而压力差又会作用在弯曲的油管上而加深油管
1-3
(9.8×10ρL-2p)=-p
2AAA的螺旋弯曲度,使油管缩短。由于压力差很小,所以
则上式变为由此压力差引起的变形量在此不做计算。
2
2μpAd