油管柱内压和轴力传感器的实验研究

设计出一种在不损害油管柱机械强度和结构的情况下测量油管柱内压和轴力的两分量传感器，并且设计了相应的硬件测量电路。由于该传感器不需要在油管柱上打孔取压，从而保证了油管柱有较高的机械强度，在测量时不影响油气井的正常生产。这对于在油田生产过程中及时掌握油管柱的受力情况及优化采油工艺具有重要的意义。     

受压管杆柱在倾斜或弯曲井眼中的稳定性

以一跨受到轴向压力的管杆柱作为研究对象，建立了其弯曲变形的微分方程及边界条件，得到最大径向变形量的计算公式。经分析得到此式的使用条件，并得出临界跨度和临界轴向压力之间的关系式。计算实例表明，无论是套管、油管还是抽油杆，当其下入深度较大时都面临着失稳的问题，而且随着深度的增加．其失稳程度也增加。     

注汽管柱管鞋下入深度对注汽动态的影响

针对蒸汽吞吐注汽管鞋放置在完井段顶部(模式A)和底部(模式B)两种模式,通过分析完井段水蒸气的变质量流特征建立了能量守恒方程,考虑随注入时间延长油层加热范围扩大对径向导热造成的影响,对时间函数进行了修正.以胜利油区单家寺油藏参数为基础,研究完井段蒸汽参数的变化特征.结果表明,管鞋模式A条件下,蒸汽流经完井段截面积突然增大以及变质量流动,会使汽液分离作用增大,重力效应增强,完井段的蒸汽参数变化比井筒的大;管鞋模式A完井段压力和蒸汽干度变化幅度比管鞋模式B的大,两种管鞋模式蒸汽干度变化方向相反,实际生产过程中,可以根据吞吐周期轮回改变管鞋下入深度,以改变完井段吸汽剖面;随完井段长度增加,射孔段顶底的蒸汽压差和干度差增大,注汽速度的选择应充分考虑注汽设备工作条件、油层破裂压力和油层的吸汽能力.     

注CO2采油井油管柱腐蚀速率预测

针对注CO₂采油井生产中油管柱存在的腐蚀现象，开展了注CO₂采油井不同阶段的油管腐蚀规律研究。对油管柱CO₂腐蚀进展进行了概述，基于动力学原理与金属的电化学腐蚀理论，考虑油气生产过程的产液量、含水率、井口温度、生产压差、流体流速等因素，得到油管内温度压力分布，研究了CO₂采油井油管腐蚀速率预测方法。对实例井的油管柱腐蚀速率做出了预测，并开展主控因素下油管柱腐蚀速率随时间、井深的变化规律研究。结果表明，在整个吞吐周期中，油管腐蚀主要发生在生产阶段。腐蚀情况预测结果与现场实测腐蚀情况吻合较好。     

受 管杆柱在倾斜或弯曲井眼中的稳定性

以一跨受到轴向压力的管杆柱作为研究对象，建立了其弯曲形的微分方程及边界条件，得到了大径向变形量的计算公式，经分析得到此式的使用条件，并得出临界跨度和临界轴向压力之间的关系式。计算实例表明，无论是套管，油管还是抽油杆，当其下入深度较大都面临首失稳的问题，而且随着深度的增加，其失稳积蓄也增加。     

油管柱内压和轴力传感器的实验研究

设计出一种在不损害油管柱机械强度和结构的情况下测量油管柱内压和轴力的两分量传感器 ,并且设计了相应的硬件测量电路。由于该传感器不需要在油管柱上打孔取压 ,从而保证了油管柱有较高的机械强度 ,在测量时不影响油气井的正常生产。这对于在油田生产过程中及时掌握油管柱的受力情况及优化采油工艺具有重要的意义。     

注汽管柱管鞋下入深度对注汽动态的影响

针对蒸汽吞吐注汽管鞋放置在完井段顶部（模式A）和底部（模式B）两种模式，通过分析完井段水蒸气的变质量流特征建立了能量守恒方程，考虑随注入时间延长油层加热范围扩大对径向导热造成的影响，对时间函数进行了修正。以胜利油区单家寺油藏参数为基础，研究完井段蒸汽参数的变化特征。结果表明，管鞋模式A条件下，蒸汽流经完井段截面积突然增大以及变质量流动，会使汽液分离作用增大，重力效应增强，完井段的蒸汽参数变化比井筒的大；管鞋模式A完井段压力和蒸汽干度变化幅度比管鞋模式B的大，两种管鞋模式蒸汽干度变化方向相反，实际生产过程中，可以根据吞吐周期轮回改变管鞋下入深度，以改变完井段吸汽剖面；随完井段长度增加，射孔段顶底的蒸汽压差和干度差增大，注汽速度的选择应充分考虑注汽设备工作条件、油层破裂压力和油层的吸汽能力。     

复杂力学环境中完井管柱屈曲行为及其防控措施

复杂力学环境中完井管柱由于处于超高温、高压的环境下,容易发生管柱屈曲,大大影响了管柱的服役寿命.基于弹塑性力学理论建立了实际井况下油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并在此基础上分析了复杂力学工况下管柱的屈曲形态、横向位移等,再针对加扶正器、优化产量以及伸缩管的设计等缓解管柱屈曲措施对管柱屈曲行为的影响程度开展了研究.结果 发现:在苛刻工况下,油管柱底部易发生较为复杂的屈曲,从井深5 500 ～7 300 m井段的油管柱产生了螺旋屈曲的构型,整段屈曲段长达2 400 m;本文工况下,伸缩短节数达到6个后,全井段油管柱的屈曲段长度和管柱弯曲应力的减小速率大幅降低,伸缩短节的个数对管柱屈曲及弯曲应力影响大幅减弱.对于复杂环境下气井工况而言,控制产量对管柱屈曲行为改善最为明显,其次为扶正器设计,为提高油管柱寿命及气井完整性提供了技术支撑.     

深水高温高压气井环空圈闭压力下油管柱安全评价方法

深水高温高压气井普遍存在环空带压现象,而深水井通常采用水下井口,使得B、C环空无法进行泄压操作,从而导致井下油管柱承受高环空圈闭压力载荷,同时附加高温、腐蚀多因素耦合影响,使得油管柱存在失效风险。针对深水高温高压气井环空圈闭压力下油管柱安全问题,基于深水井特性,综合考虑热膨胀和鼓胀效应引起的环空温度、环空体积、流体体积以及环空压力变化的动态耦合作用,建立了深水高温高压气井圈闭压力预测模型,同时,考虑高环空圈闭压力载荷,附加高温及腐蚀多因素耦合影响,建立了深水高温高压气井油管柱安全评价方法,开展了环空圈闭压力多因素影响下油管柱安全评价,并对模型进行了验证。结果表明：考虑环空圈闭压力影响后,环空圈闭压力随服役时间逐渐降低幅度远小于地层压力降低幅度,管柱抗外挤安全系数随服役时间降低幅度增大。同时,管柱内外流体压差随井深增加而逐渐增大,在井底管柱更易发生失效风险;在井筒高温及腐蚀耦合影响下,管柱抗内压、抗外挤及抗拉安全系数均呈现处不同程度的降低,特别井底段管柱受苛刻高温及腐蚀环境,附加高环空圈闭压力,使其更易发生失效风险,在设计及实际生产过程中,应重点管柱井底管柱安全风险。