水平井注水管柱的受力分析

關于水平井注水管柱的受力分析

　　注水管柱的工作原理是利用配水嘴的節流作用來控制不同底層的注水量，下面是小編搜集整理的一篇探究水平井注水管柱受力分析的論文范文，供大家閱讀參考。

　　摘要：在石油的開采開發中，水平井開采技術作為開發的最基本和普遍應用的技術，在石油的開采中發揮了重要作用。而注水是目前油田開采中保持地層能量的主要方式，注水方式是采油實現的穩產、高產的重要措施，，并且隨水平井在各油田的普遍應用，水平井注水技術日趨成熟。本文將從水平井注水工藝、注水管柱的概況來分析注水管柱受力狀態的影響因素，通過注水管柱的力學模型和計算方式為實際操作提供技術指導。

　　關鍵詞：水平井;注水管柱;平衡狀態;受力分析

　　一、簡述水平井注水和注水管柱

　　1 簡述水平井注水

　　因為注水井與生產井之間存有徑向流，巨壓損耗降低采收，而將徑向流轉變為直線流的方式有垂直向壓裂和水平井注采技術，水平井正常注水，管柱所受壓力會分散在泄油井端上，界面壓力小受到的形變小，降低了含水量的增加速度，油水界面距離增大。水平井能達到泄油的均勻性使水驅前緣能夠向前推進，流速較大。根據以上特點水平注水在低滲透等地質復雜的油藏中可以提高其油田油層的開發率，提高產量，加速進程。水平注水可提高水驅波和系數，減小了油層的壓力，降低了生產成本。

　　2簡述注水管柱

　　注水管柱的工作原理是利用配水嘴的節流作用來控制不同底層的注水量。水嘴的大小不同會影響注水的節流損失。而根據地層的配注量來選擇合適的水嘴，具有重要意義。

　　注水管柱會伴隨注水工藝與生產工況的不同而有差別，通常情況下，根據注水管柱的結構特點不同形成多種分類。根據支撐方式不同，分為底部支撐式、自由懸掛式。前者難度大于后者，主要因為封隔器的準確度與其管柱的復雜程度有關。組成管柱的工具結構在一定特點上具有相似性，分為固定注水管柱、偏心注水管柱、空心注水管柱、油套分層注水管柱、雙段自調分段注水管柱等。根據封隔器工作原理不同分為水力壓縮式封隔器分段注水工藝管柱、水力擴張式封隔器分段注水工藝管柱、卡瓦式分段注水工藝管柱、支撐式封隔器分層注水工藝管柱。

　　二、簡析注水管柱受力狀態和模型

　　1簡析影響注水管柱受力狀態的因素 在石油開采開發中，水平井注水管柱受內壓、外壓、軸向力、粘滯摩阻力等多種載荷的綜合作用而形成三種平衡狀態即穩定狀態、正弦狀態和螺旋狀態。摩擦、內外壓、粘滯摩阻、井斜角等各種因素也對管柱的水平力產生的影響。

　　同時，主水管柱在不同過程中其受力情況也會變化。當注水從管柱下入到正常注水，，會隨外界壓力、溫度等變化，，造成管柱伸縮，，嚴重時可能會影響正常注水。正常注水時，管柱常處于不平衡狀態。注水管柱的內、外流體壓力以及受力隨外界的變化而改變，，導致注水管柱產生較大的軸向變形，引起密封失效，并在注水管柱和井壁之間產生較大的反力，，易給井下作業的安全性造成威脅，帶來嚴重的井下事故和經濟損失。造成嚴重的井下作業事故，，帶來巨大的經濟損失。

　　2 簡析注水管柱受力模型

　　由于對注水管柱不平衡狀態的受力情況不了解，選擇注水參數沒有顧及操作過程中注水管柱承載壓力的大小，同時注水管柱在井眼中穩定性及負荷傳遞、變形等考慮不周均會引發一些事故和安全、財產損失。為了確保注水管柱能夠有效合理地工作 ，準確地掌握注水管柱的應力和軸向變形至關重要 ，合理地計算注水管柱的伸縮力和伸長量能為預防措施的有效實施做準備。

　　3 注水管柱基本效應的力學模型

　　管柱結構設計中最突出的問題是注水管柱的失穩問題，封隔器的蠕動形變、封隔器的滑脫引起注水層間竄通，嚴重時則可能導致封隔器膠筒或管柱破裂。

　　經過學者對注水管柱實際受力情況的探討，分析出注水管柱在各種力的綜合作用下會產生4種效應。

　　(1)活塞效應

　　(2)螺旋彎曲效應

　　壓力既沿管柱垂直作用于封隔處的密封管和油管柱，也會在油管柱的壁面上產生水平作用力。螺旋彎曲指彈性彎曲，當外力變化未超出管柱的實際承載量時，管柱會恢復到原來的狀態。而如果緊靠封隔器的活塞力大于管柱發生的旋轉彎曲臨界點時，則注水管柱就無法螺旋彎曲恢復到原有的狀態。

　　(3)鼓脹效應

　　工況不同，注水管柱內外力作用不同，使得注水管柱受多種力的影響和制約。鼓脹效應分為正鼓脹效應和反鼓脹效應，正鼓脹效應指當油管內壓力大于套管內壓力時，管柱直徑增大，長度減小;反之，則為反鼓脹效應。

　　(4)溫度效應

　　除了注水管柱基本效應的力學模型外，還有注水管柱抗拉伸載荷模型(不加厚油管抗滑扣載荷和外加厚油管抗拉伸載荷)、注水管柱最大允許下入深度計算模型 、注水井井筒壓力分布計算模型等。

　　三、注水管柱在青海油田中的應用

　　隨著水平井鉆井、完井技術的發展，許多關鍵技術在各油田中已普遍使用。而水平井具有注入壓力小、產生熱裂縫的條數多，水驅前緣近似于線性驅動等優勢，其被廣泛的應用于各大新、老油田的開采開發中，青海油田就是收益者之一。

　　青海油田地處青海省柴達木盆地，地質構造復雜。根據青海油田的地層特征，青海油田利用先進的技術優勢拓展了水平井注水管柱的市場，利用水平井注水新工藝為澀北二號和馬北油氣田的油氣開采開發服務，通過對注水管柱的受力情況進行深入的分析，利用地面管網系統將地面水源注入注水層，在配水器水嘴的節流作用來控制注水量。從而避免了在實際操作中的安全隱患，同時也利用懸掛式管柱技術等新技術優勢扭轉了市場局面。降低了生產成本，提高了經濟效益，實現了安全、清潔、高效、和諧發展的總體目標。其利用不同油注水管柱的組合使得封隔器的密封效果有了顯著的提高。

　　結語

　　水平井注水管柱的注水方式在石油的勘探開發中做出了重要貢獻，提高了采油量、開采效率、經濟效益的同時，也使得油氣的勘探開發技術日趨成熟，為油氣的開采工作注入新的活力。而對水平井注水管柱進行受力分析，有助于深入的運用該技術，趨利避害，在指導實際操作的同時，能更好的為現代化建設服務。

　　參考文獻

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

　　[2] 趙楠.綜述采用水平井開發油氣藏的優勢[J] . 內蒙古石油化工，2010.

　　[3] 冷繼先.井下管柱彎曲行為的理論與實驗[D]. 西南石油學院博士論文，2003.

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