第29卷第5期西南石油大学学报Vol.29No.52007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)-3F=[pi(S3-S2)-po(S3-S1)]×10(2)将式(1)代入式(2)得出-3F=po(S1-S2)×10(3)由虎克定律公式计算出变形量为FLLpo(S1-S2)-3ΔL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。146西南石油大学学报2007年-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×104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2dpALA应引起的管柱变形ΔL1A=-22(6)E(D-d)2dpBLBΔL1B=-(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+WLB1222(Δr)F弯弯曲变形量为ΔL=-=2A8EIW22(Δr)F弯B22ΔL2B=-=(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22μpBdL2ΔμΔL3B=-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1-3Δp1A=×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)=-p2AAA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。22μpAd