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關(guān)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(jié)流作用來(lái)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(kāi)采開(kāi)發(fā)中，水平井開(kāi)采技術(shù)作為開(kāi)發(fā)的最基本和普遍應(yīng)用的技術(shù)，在石油的開(kāi)采中發(fā)揮了重要作用。而注水是目前油田開(kāi)采中保持地層能量的主要方式，注水方式是采油實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的重要措施，，并且隨水平井在各油田的普遍應(yīng)用，水平井注水技術(shù)日趨成熟。本文將從水平井注水工藝、注水管柱的概況來(lái)分析注水管柱受力狀態(tài)的影響因素，通過(guò)注水管柱的力學(xué)模型和計(jì)算方式為實(shí)際操作提供技術(shù)指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：水平井;注水管柱;平衡狀態(tài);受力分析
一、簡(jiǎn)述水平井注水和注水管柱
1 簡(jiǎn)述水平井注水
因?yàn)樽⑺c生產(chǎn)井之間存有徑向流，巨壓損耗降低采收，而將徑向流轉(zhuǎn)變?yōu)橹本�(xiàn)流的方式有垂直向壓裂和水平井注采技術(shù)，水平井正常注水，管柱所受壓力會(huì)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(dá)到泄油的均勻性使水驅(qū)前緣能夠向前推進(jìn)，流速較大。根據(jù)以上特點(diǎn)水平注水在低滲透等地質(zhì)復(fù)雜的油藏中可以提高其油田油層的開(kāi)發(fā)率，提高產(chǎn)量，加速進(jìn)程。水平注水可提高水驅(qū)波和系數(shù)，減小了油層的壓力，降低了生產(chǎn)成本。
2簡(jiǎn)述注水管柱
注水管柱的工作原理是利用配水嘴的節(jié)流作用來(lái)控制不同底層的注水量。水嘴的大小不同會(huì)影響注水的節(jié)流損失。而根據(jù)地層的配注量來(lái)選擇合適的水嘴，具有重要意義。
注水管柱會(huì)伴隨注水工藝與生產(chǎn)工況的不同而有差別，通常情況下，根據(jù)注水管柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同形成多種分類(lèi)。根據(jù)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?yàn)榉飧羝鞯臏?zhǔn)確度與其管柱的復(fù)雜程度有關(guān)。組成管柱的工具結(jié)構(gòu)在一定特點(diǎn)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(diào)分段注水管柱等。根據(jù)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(kuò)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(jiǎn)析注水管柱受力狀態(tài)和模型
1簡(jiǎn)析影響注水管柱受力狀態(tài)的因素 在石油開(kāi)采開(kāi)發(fā)中，水平井注水管柱受內(nèi)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(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)、正弦狀態(tài)和螺旋狀態(tài)。摩擦、內(nèi)外壓、粘滯摩阻、井斜角等各種因素也對(duì)管柱的水平力產(chǎn)生的影響。
同時(shí)，主水管柱在不同過(guò)程中其受力情況也會(huì)變化。當(dāng)注水從管柱下入到正常注水，，會(huì)隨外界壓力、溫度等變化，，造成管柱伸縮，，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)影響正常注水。正常注水時(shí)，管柱常處于不平衡狀態(tài)。注水管柱的內(nèi)、外流體壓力以及受力隨外界的變化而改變，，導(dǎo)致注水管柱產(chǎn)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(chǎn)生較大的反力，，易給井下作業(yè)的安全性造成威脅，帶來(lái)嚴(yán)重的井下事故和經(jīng)濟(jì)損失。造成嚴(yán)重的井下作業(yè)事故，，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
2 簡(jiǎn)析注水管柱受力模型
由于對(duì)注水管柱不平衡狀態(tài)的受力情況不了解，選擇注水參數(shù)沒(méi)有顧及操作過(guò)程中注水管柱承載壓力的大小，同時(shí)注水管柱在井眼中穩(wěn)定性及負(fù)荷傳遞、變形等考慮不周均會(huì)引發(fā)一些事故和安全、財(cái)產(chǎn)損失。為了確保注水管柱能夠有效合理地工作 ，準(zhǔn)確地掌握注水管柱的應(yīng)力和軸向變形至關(guān)重要 ，合理地計(jì)算注水管柱的伸縮力和伸長(zhǎng)量能為預(yù)防措施的有效實(shí)施做準(zhǔn)備。
3 注水管柱基本效應(yīng)的力學(xué)模型
管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最突出的問(wèn)題是注水管柱的失穩(wěn)問(wèn)題，封隔器的蠕動(dòng)形變、封隔器的滑脫引起注水層間竄通，嚴(yán)重時(shí)則可能導(dǎo)致封隔器膠筒或管柱破裂。
經(jīng)過(guò)學(xué)者對(duì)注水管柱實(shí)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(huì)產(chǎn)生4種效應(yīng)。
(1)活塞效應(yīng)
(2)螺旋彎曲效應(yīng)
壓力既沿管柱垂直作用于封隔處的密封管和油管柱，也會(huì)在油管柱的壁面上產(chǎn)生水平作用力。螺旋彎曲指彈性彎曲，當(dāng)外力變化未超出管柱的實(shí)際承載量時(shí)，管柱會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。而如果緊靠封隔器的活塞力大于管柱發(fā)生的旋轉(zhuǎn)彎曲臨界點(diǎn)時(shí)，則注水管柱就無(wú)法螺旋彎曲恢復(fù)到原有的狀態(tài)。
(3)鼓脹效應(yīng)
工況不同，注水管柱內(nèi)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(yīng)分為正鼓脹效應(yīng)和反鼓脹效應(yīng)，正鼓脹效應(yīng)指當(dāng)油管內(nèi)壓力大于套管內(nèi)壓力時(shí)，管柱直徑增大，長(zhǎng)度減小;反之，則為反鼓脹效應(yīng)。
(4)溫度效應(yīng)
除了注水管柱基本效應(yīng)的力學(xué)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(jì)算模型 、注水井井筒壓力分布計(jì)算模型等。
三、注水管柱在青海油田中的應(yīng)用
隨著水平井鉆井、完井技術(shù)的發(fā)展，許多關(guān)鍵技術(shù)在各油田中已普遍使用。而水平井具有注入壓力小、產(chǎn)生熱裂縫的條數(shù)多，水驅(qū)前緣近似于線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，其被廣泛的應(yīng)用于各大新、老油田的開(kāi)采開(kāi)發(fā)中，青海油田就是收益者之一。
青海油田地處青海省柴達(dá)木盆地，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。根據(jù)青海油田的地層特征，青海油田利用先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)拓展了水平井注水管柱的市場(chǎng)，利用水平井注水新工藝為澀北二號(hào)和馬北油氣田的油氣開(kāi)采開(kāi)發(fā)服務(wù)，通過(guò)對(duì)注水管柱的受力情況進(jìn)行深入的分析，利用地面管網(wǎng)系統(tǒng)將地面水源注入注水層，在配水器水嘴的節(jié)流作用來(lái)控制注水量。從而避免了在實(shí)際操作中的安全隱患，同時(shí)也利用懸掛式管柱技術(shù)等新技術(shù)優(yōu)勢(shì)扭轉(zhuǎn)了市場(chǎng)局面。降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了安全、清潔、高效、和諧發(fā)展的總體目標(biāo)。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(jié)語(yǔ)
水平井注水管柱的注水方式在石油的勘探開(kāi)發(fā)中做出了重要貢獻(xiàn)，提高了采油量、開(kāi)采效率、經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也使得油氣的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)日趨成熟，為油氣的開(kāi)采工作注入新的活力。而對(duì)水平井注水管柱進(jìn)行受力分析，有助于深入的運(yùn)用該技術(shù)，趨利避害，在指導(dǎo)實(shí)際操作的同時(shí)，能更好的為現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
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