高温高压高产斜井油管柱摩擦磨损失效机理研究

摘要

针对高温高压高产(三高)气井油管柱磨损失效问题,采用微元法、能量法结合哈密顿原理建立了油管柱非线性流致振动模型,模型考虑了井眼轨迹变化、井筒温度压力变化和套管接触碰撞等因素,通过开展油管柱振动模拟试验验证了模型的正确性和有效性。基于White-Fleisher磨损理论,提出了三高气井油管柱磨损量和磨损深度计算方法,试验测定了油管柱摩擦因数和磨损效率,在此基础上,系统分析了产量、井斜角、井段长度、封隔器位置和扶正器位置对油管磨损特性的影响规律,提出了现场油管柱防磨、减磨方法,即:随产量的增加,管柱磨损寿命呈现降低的趋势,且存在一个突变产量,现场配产设计时,采用提出的分析方法确定突变产量,使现场配产远离突变产量;井眼轨迹设计时,尽量减小直井段长度,增加造斜段长度和稳斜段井斜角,提高油管寿命;封隔器和扶正器设置都存在一个最优位置,此位置与井身结构、管柱结构的因素有关,需采用提出的分析方法确定最优位置,指导井下工具的设计。研究成果可有效提高三高气井油管柱的使用寿命。