高压深井注水管柱受力变形分析计算模型的改进研究-油气田地面工程.doc

深井分层注水管柱受力变形计算方法改进
许志倩基金项目:中石油重点实验室基础研究课题“石油管应用基础研究”(2008A-3005)
作者简介:许志倩(1982-),女(汉),河北衡水人,博士研究生,主要从事油气套管柱安全可靠性研究。
闫相祯2 杨秀娟2
(1、中国石油大学机电工程学院山东东营 257061;2、中国石油大学储运与建筑工程学院山东东营 257061;)
Improvement Research on Force-Deformation Calculation Mode for separate layer water injection string
XU Zhi-qian1, YAN Xiang-zhen2, YANG Xiu-juan2
(1. College of Mechanical and Electronic Engineering in China University of Petroleum, Dongying 257061, China; 2. College of Architecture and Storage Engineering in China University of Petroleum, Dongying 257061, China)
摘要:针对原高压注水受力分析计算模型的不足之处,提出以下几点改进建议:区分计算完全与部分弯曲管柱的缩短量;细分工作状态计算温度分布;在多级分层注水中考虑封隔器胶筒摩擦力和配水器水嘴压力与水量损失;增加下入、洗井和停注过程,完整描述整个注水过程中管柱受力变形变化情况。最后,编制“深井分层注水管柱受力分析”软件进行实例计算。
关键词:高压注水,复合管柱,受力变形计算,封隔器,配水器
1 引言
进行高压注水管柱受力分析的目的就是根据注水条件研究注水管柱在不同过程中的各类效应,以及这些效应对管柱产生的受力和变形规律。从而明确注水管柱的工作状态,保障注水管柱有效合理的工作。
以往的高压注水管柱受力分析计算模型中,虽然考虑了液体排量、流速、压力、温度、摩阻效应等因素,但也忽略了许多问题。本文针对各类效应和具体工作状态进行了改进与修正,使之更为适应“深井复合管柱分层注水受力分析”的现场计算应用。
2 注水管柱受力分析各种效应的改进修正
注水管柱下入井底、锚爪锚定、封隔器坐封以及以后的注水或生产过程中,由于管柱自重、液柱浮力,内外压差、温差以及流体摩阻作用,使管柱产生浮重、活塞、螺旋弯曲、温度,摩阻等基本效应[1~3]。以下仅对需要改进的效应进行介绍。
螺旋弯曲效应的修正
螺旋弯曲缩短是由注水管柱内、外压力差作用引起的。
式(1)为注水管柱受力分析中普遍采用的螺旋弯曲缩短量计算公式:
(1)
式中,为油、套环空径向间隙;为封隔器密封腔面积;、分别为注水管柱内、外流体压力;为弹性模量;为注水管柱惯性矩;其余符号意义同前;为单位长度油管在空气中的重量; 为单位长度注水管柱受到的流体浮力;为单位长度注水管柱内流体的重量。
由于式(1)仅适用于部分弯曲管柱段的缩短量计算,而对于由不同尺寸管段组成的复合管柱,其中某段管柱可能完全处于中和点以下,即该段管柱完全弯曲,再用式(1)计算缩短量显然是不合理的。
对于完全弯曲的管柱段缩短量可用下式确定: