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高温高压气井管柱受力分析计算

高温高压气井管柱受力分析计算

作者：曾海强中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着能源需求的不断增加和油气勘探开发领域的延伸,深层气藏己成为重要的接替能源。深层气井通常具有高温、高压等特点,其井下管柱的工作环境非常恶劣,同时管柱受力和变形情况复杂多变,导致井下管柱断裂、封隔器失封等井下事故频发,严... 详细信息

随着能源需求的不断增加和油气勘探开发领域的延伸,深层气藏己成为重要的接替能源。深层气井通常具有高温、高压等特点,其井下管柱的工作环境非常恶劣,同时管柱受力和变形情况复杂多变,导致井下管柱断裂、封隔器失封等井下事故频发,严重制约了高温高压气井的安全、经济开发。因此,有必要开展针对性管柱力学行为研究,为生产作业参数的合理选择提供理论依据和技术保障。本文首先基于井筒流体质量、动量、能量守恒及井筒传热理论,考虑摩擦生热和对流换热等影响,建立了气井井筒压力场温度场预测模型并采用双重迭代法求解,为后续管柱受力分析奠定基础。针对4口气井进行实例计算,预测值和实际值吻合较好,能够满足现场要求。然后以高温高压气井管柱为研究对象,分析其屈曲状态,建立了复合管柱在温度效应、活塞效应、鼓胀效应和螺旋屈曲效应下的数学模型,对管柱危险截面作三轴应力分析,给出了管柱强度校核的基本公式。同时对封隔器密封元件胶筒的变形及变形过程中的力学特性进行分析并给出胶筒强度计算公式,据此可以确定合理的坐封力。对封隔器锚定部件卡瓦与套管相互作用力作一定探讨,给出卡瓦锚定后套管圆周各点应力计算方法。对于封隔器整体,研究了封隔器与油套管间的相互作用力。在以上理论研究的基础上,用C#语言结合Matlab编制了高温高压气井管柱力学分析软件。最后以A井为例,开展了井筒温度场压力场预测、管柱轴向变形和强度分析以及封隔器受力分析等工作,对该井完井管柱进行安全评价。计算结果表明该井使用的管柱在不同工况下均是安全的。

关键词：高温高压气井管柱封隔器力学分析

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13Cr材质气井管柱腐蚀原因分析

涂层与防护 2020年第6期41卷 28-34页

作者：蒋满军秦立高郑华安张炜强上海环境工程技术分公司广东湛江524057 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司广东湛江524057 中海石油(中国)有限公司湛江分公司广东湛江524057 中海油常州涂料化工研究院有限公司江苏常州213016

某海上高含CO2气田,管柱和套管都采用13Cr材质。生产过程中,一气井管柱外壁出现严重局部腐蚀。为了查明腐蚀原因,为气田腐蚀管理提供技术支持,通过理化性能测试、产物分析、模拟实验等技术手段,对腐蚀原因做了详细的研究和分析。结果显... 详细信息

某海上高含CO2气田,管柱和套管都采用13Cr材质。生产过程中,一气井管柱外壁出现严重局部腐蚀。为了查明腐蚀原因,为气田腐蚀管理提供技术支持,通过理化性能测试、产物分析、模拟实验等技术手段,对腐蚀原因做了详细的研究和分析。结果显示:点蚀发生的原因为高含CO2天然气泄漏到环空,在管柱上冷凝形成水膜,水膜吸收气相中的CO2后形成严重腐蚀环境,最终导致点蚀发生。本文实验结果对研究对象的腐蚀管理具有重要的技术指导作用,对类似油气田具有重要的参考和借鉴意义,为13Cr材质腐蚀研究提供了重要案例,具有重要现实意义。

关键词： 13Cr腐蚀局部腐蚀气井管柱

特大型油气田高温高压气井管柱一体化高效管理

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中国石油企业 2022年第3期 59-64页

作者：刘洪涛耿海龙胡芳婷马磊中国石油塔里木油田公司

塔里木油田库车山前高温高压气井堪比墨西哥湾、北海等高温高压油气田,油管柱服役环境极为恶劣,管柱失效控制属于世界级难题。2015之前,库车山前高温高压气井管柱失效比例高达10%,造成了巨大的经济损失。自2015年起,为保障高温高压气井... 详细信息

塔里木油田库车山前高温高压气井堪比墨西哥湾、北海等高温高压油气田,油管柱服役环境极为恶劣,管柱失效控制属于世界级难题。2015之前,库车山前高温高压气井管柱失效比例高达10%,造成了巨大的经济损失。自2015年起,为保障高温高压气井安全平稳生产,塔里木油田以“不因管柱完整性问题损失产能”为出发点。

关键词：塔里木油田管柱失效库车山前油管柱气井管柱高温高压大型油气田墨西哥湾

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新疆油田呼图壁储气库气井管柱腐蚀实验研究

新疆石油天然气 2012年第3期8卷 82-86,8页

作者：钟志英罗天雨邬国栋张建远张国红新疆油田公司采油工艺研究院新疆克拉玛依834000

新疆油田公司依据中石油股份公司储气库建设要求,启动了"呼图壁气田改建储气库"建设工作。储气库的主要气源是从土库曼斯坦进关的天然气,该天然气中CO2≤2%,CO2分压最大为0.68MPa,采出时在井口及井底,天然气的含水量普遍高于对应温度、... 详细信息

新疆油田公司依据中石油股份公司储气库建设要求,启动了"呼图壁气田改建储气库"建设工作。储气库的主要气源是从土库曼斯坦进关的天然气,该天然气中CO2≤2%,CO2分压最大为0.68MPa,采出时在井口及井底,天然气的含水量普遍高于对应温度、压力下的天然气饱和含水汽量,即低于露点温度,会导致较为严重的CO2腐蚀。通过分析知道呼图壁气田影响二氧化碳腐蚀的环境影响因素主要有二氧化碳分压、地层水矿化度及Cl-含量、温度、流速等,由此设计了室内模拟实验条件;评价了P110、3Cr110、普通13Cr110、HP1-13Cr110抗CO2(含Cl-)腐蚀性能。得到了室内模拟条件下,不同目标管材的平均腐蚀速率与局部腐蚀速率,根据实验结果确定不同管材的腐蚀状况,为储气库气井管柱的选材提供依据。

关键词：呼图壁储气库二氧化碳腐蚀气井管柱室内模拟试验腐蚀速率

储气库气井管柱受力分析设计软件的研制和应用

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中国石油和化工 2011年第11期 69-71页

作者：项勇薛婷隋蕾王伟闫学峰高档李强大港油田采油工艺研究院天津大港300280 中国石油大学(北京) 北京昌平102249 长庆油田超低渗透油藏研究中心陕西西安710021 北京雅丹科技开发有限公司北京昌平102200

本文从三维井眼轨迹描述出发,针对储气库气井管柱工作特点,运用现代力学理论和最新算法,编制了一套集管柱力学计算、变形分析、安全校核、稳定性分析、管柱设计、数据管理等功能于一体的应用软件系统。

关键词：储气库气井管柱受力分析强度校核

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酸性气井井下管柱腐蚀预测模型及应用评价

油气田地面工程 2011年第10期30卷 86-87页

作者：付荣利王向东王辉胜利油田海洋采油厂

在酸性气井中,腐蚀使管柱的强度大大下降,给气井的开发生产带来巨大的安全隐患。采用支持向量机方法对国内某油田的2口生产气井进行气井管柱腐蚀预测,结果表明,对于H2S腐蚀下的井,预测误差为3.1%;对于少量H2S环境下CO2腐蚀的井,预测误差... 详细信息

在酸性气井中,腐蚀使管柱的强度大大下降,给气井的开发生产带来巨大的安全隐患。采用支持向量机方法对国内某油田的2口生产气井进行气井管柱腐蚀预测,结果表明,对于H2S腐蚀下的井,预测误差为3.1%;对于少量H2S环境下CO2腐蚀的井,预测误差为1.5%,预测值都能够满足工程需要。腐蚀介质H2S和CO2共存情况下的腐蚀要远比单一介质腐蚀严重得多。对气井中存在H2S和CO2两种腐蚀介质的情况,应重点监护,做好防腐措施并及时更换气井管柱。

关键词： CO2腐蚀 H2S腐蚀气井管柱支持向量机腐蚀预测

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川西须家河组气藏气井CO_2腐蚀机理分析

天然气工业 2011年第4期31卷 66-71,128-129页

作者：唐林华中国石化西南油气分公司川西采气厂

川西须家河组气藏属于高温、高压、含CO2酸性气体的有水气藏,在气井开采过程中,发现部分气井管柱腐蚀严重,存在重大安全隐患,严重影响了气井正常生产,制约了川西上三叠统须家河组气藏的高效开发。为此,通过气井管柱腐蚀形貌特征与腐蚀... 详细信息

川西须家河组气藏属于高温、高压、含CO2酸性气体的有水气藏,在气井开采过程中,发现部分气井管柱腐蚀严重,存在重大安全隐患,严重影响了气井正常生产,制约了川西上三叠统须家河组气藏的高效开发。为此,通过气井管柱腐蚀形貌特征与腐蚀产物组成分析,明确了川西须家河组气井腐蚀类型主要为CO2腐蚀。通过井口挂片试验、室内腐蚀模拟实验及腐蚀分析软件模拟实验,研究了气井的腐蚀机理,结合川西须家河组气井腐蚀环境,分析了腐蚀的主控因素,根据正交实验数据极差分析,找出了各腐蚀因素对气井腐蚀速率的影响(从大到小排序为气井压力、温度、pH值、水气比、CO2含量和流速),并提出了通过提高气井管柱自身抗腐蚀性能或阻碍腐蚀介质与气井管柱接触(如涂层、表面处理、加注缓蚀剂等方法)来保护井下油管的腐蚀预防措施。

关键词：四川盆地西部晚三叠世 CO2腐蚀气井管柱腐蚀产物腐蚀形貌腐蚀机理影响因素

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新型抗缝隙腐蚀特殊螺纹结构的优化研究

机电工程 2020年第11期37卷 1272-1279页

作者：李传红吴修彬魏智勇李强莱芜职业技术学院机械与汽车工程系山东济南271199 大连理工大学机械科学与工程学院辽宁大连116024

针对气井广泛使用的特殊螺纹接头抗缝隙腐蚀能力较差的问题,对典型特殊螺纹接头的结构进行了优化设计,获得了一种能够抵抗缝隙腐蚀的新型螺纹接头结构。基于有限元方法,分析了A型接头在轴向拉力作用下密封性能和连接强度的变化,获得了影... 详细信息

针对气井广泛使用的特殊螺纹接头抗缝隙腐蚀能力较差的问题,对典型特殊螺纹接头的结构进行了优化设计,获得了一种能够抵抗缝隙腐蚀的新型螺纹接头结构。基于有限元方法,分析了A型接头在轴向拉力作用下密封性能和连接强度的变化,获得了影响A型接头连接强度和密封性能的因素;采用数值分析的方法,对接头的台肩角度、齿承载面角度、过渡锥面及副密封面尺寸等参数进行了优选。研究结果表明:最优参数组合为台肩角度60°、齿承载面角度2°、接箍副密封无过渡球面;优化前后的性能对比表明,优化后的接头结构可以在不降低接头连接强度的前提下提升接头的抗缝隙腐蚀能力。

关键词：气井管柱特殊螺纹接头有限元法优化设计

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呼图壁储气库气井冲蚀规律初探

中外能源 2011年第11期16卷 68-71页

作者：罗天雨吕毓刚刘元爽麻慧博新疆油田公司采油工艺研究院新疆克拉玛依834000

对于地下储气库而言,由于强注强采,高速流动的气体对管柱产生的冲蚀磨损是影响气井管柱寿命的重要因素。针对气井冲蚀问题,研究了材料冲蚀的不同内在机理,包括微切削理论、基于单点冲蚀的切削模型、锻造挤压理论、变形磨损理论、二次冲... 详细信息

对于地下储气库而言,由于强注强采,高速流动的气体对管柱产生的冲蚀磨损是影响气井管柱寿命的重要因素。针对气井冲蚀问题,研究了材料冲蚀的不同内在机理,包括微切削理论、基于单点冲蚀的切削模型、锻造挤压理论、变形磨损理论、二次冲蚀理论和弹塑性压痕破裂理论。结合呼图壁储气库气井实际管柱结构与生产状况,认为微切削理论和变形磨损理论是主要的冲蚀破坏机理,并指出了管柱和井下工具不同部位所适用的不同的破坏机理。分析了造成气井冲蚀的影响因素,主要包括粒子的冲蚀角度、冲蚀速度、粒度、砂粒含量以及材料的硬度、弹性模量、类型、腐蚀对冲蚀的影响、环境温度等,并针对呼图壁储气库的实际情况,提出了减少甚至避免气井冲蚀的具体防护措施。呼图壁储气库优选的改良型13Cr气井管柱,具有良好的耐冲蚀性能。

关键词：呼图壁储气库冲蚀机理冲蚀角度冲蚀速度气井管柱 13Cr油管