连续油管下入最大深度受力模型分析.docx

连续油管下入最大深度受力模型分析油气井在进入开采中、后期，由于产层压力下降、水量增加、原有生产管柱结构不合理、产出水不能及时排出等原因，致使产液量下将。如采用常规压井更换生产管柱，不仅会提高作业成本，而且会不同程度伤害地层。采用小直径连续油管作为生产管柱，在降低作业成本的同时降低了对地层的伤害。国内使用的标准连续油管规格有：25.4mm、32mm.38mm.45mm.50.8nlm等，采用HS等碳钢制造，它的最小屈服强度483MPa,最小抗拉强度552MPa。由于连续油管机械性能不断改善，在井中使用深度就不断增加。国内连续油管主要用于冲砂洗井、诱喷助排、酸洗、酸化等井下作业。用连续油管进行气举的举升方法有两种：一是注入气通过连续油管与生产油管间环行空间，将生产液从连续油管举升到地面;二是注入气通过连续油管注入，将生产液从连续油管与生产油管环空举升到地面。本文在考虑到连续油管上提作业的安全性基础上，计算出连续油管的上提速度，从而确定连续油管的最终下入深度。(1)、在不考虑摩擦及滑脱时连续油管下入深度的计算、连续油管的压降计算公式只考虑在自重条件下连续油管最大下入的深度时，连续油管的压降公式为：Ar=.dt(1)式中：为压力差,MPa；g为重力加速度，9.81m/s；1为油管的下入深度叱于为摩擦力,N；Pm为气液两相混合液的密度，kg/m3；di为油管内径，m；u为流速，m/so当不考虑摩擦因素的时候压降公式可转换为：N)=xgx/即若要求出连续油管的下入深度，需先知道混合液的密度。由于不考虑摩擦和混合液的持液率，所以求解气液两相混合液的密度公式为：Pm=1-+R/mxO/式中，Pk为气体的密度，kg/m3；Pn为水的密度，ICfkg/nA兀为含水率，%o其中求解气体的密度公式为：P_1905YXX293.15±口_°logTZ,I八)(4)式中，工为气体的相对密度，kg/m3；P为平均压力，MPa；T为平均温度，e；Z为天然气的压缩系数。、实例求解连续油管在自重条件下的下入深度油藏压力Pr=28MPa；原生产压差P=6MPa；井口压力Po=0.lOIMPa；平均温度t=50.87；气体的相对密度76；含水率九二40乐假设油管下入深度为5000m,平均温度t=50.87,则：Pn=%1-/mJ+=117.348x0.6+1000xQ4=470.408kg/in3即:8"gxE=(220.101)x106/=470,408x9.81=4746m当假设连续油管卜入深度为5000m时，根据即伉xgx/,得出山'=23.074x106MPao误差校核：W-上E=AOx100%23.074*IO6-21.899x心=ax|(XJw23.074x106=5.09%<10%因此可以确定连续油管在只考虑自重的条件的下连续油管最大能下入4746m。(2)、考虑液体摩擦力对管柱下入深度的影响、液体对管柱下入深度计算在考虑液体对管柱下入深度的影响时，就需要求出气液两相的混合密度以及液体对连续油管管柱摩阻。因此采用Hagodoi-n-Brown模型计算气水井的多相管流。同单相气流可导出多相流的稳定流动能量方程式:Mt=1(XX)匕(5)0+/Rm%2d)(6)从式(6)出发，由哈格多恩和布朗公式导出:1A6nf砌，(7)10dh=dg+9,21x109ftd+式中，dh为垂直井深度增量，m；dp为垂直井压力增量，MPa；Pm,Pl,Pg为在平均温度、平均压力条件下气液混合物及液相和气相密度，kg/m3；九为气液混合物摩阻，N；d为油管内径，mo计尊液相表观速度山:864004式中,4°为油管面积,m2：qi为日产液量,m3/do则气相表观速度V”:qlx CWRQ10132586400xAp计算气液混合物速度vm：式中,小为在>T条件上气液混合物速度,m/s。于是有：M,=1000X.+1.205c即RY1式中,M为地面标准条件下,每生产1液体伴生气、水的总质量,kg/n】3；CWK为气水比。则：.=%+ft(l-Ht)R=1. 205 Y« x0.101 325293.15、连续油管下入深度的计算程序1）计算4、8值.以确定方法的适用件：11mi0.72723+尸A=I.071如果A>0.13.则取计算出的“值；若计算出的4<0.13.则取4=0.13。如果A>0.则可用哈格多恩布朗相关式；反之R-A<0,则须改用格黎菲恩用于紊流的相关式。2）确定相关参数液体速度数M，：/、0Q25Nly=3.1775rd气体速度数A:N.=3.177%.子H径数Nd：Nd=99.045（/05徽体粘度数Nu：N=3.147人看0”式中,。为液相表面张力，niN/m:内为液相粘度，MPa*So3）确定持液率在P、7给定条件下的利用这四个无因次参数确定，小即：H'=虾4）确定两相摩阻根据Ilagedorn-Brown对A&加定义，并转换为法定单位后，可用卜式确定两相缶诺数_1.474xKT?xxM,5）计算dh己知dP,利用沿井深长度迭代法计算dh：10%/晨，/%加；一9.21x10W（3）、预测连续油管最终下入深度实例分析由于油管在上提的过程中，液流的方向向下再加上自重，这两方面的力使连续油管在上提的过程中无形中增加了它的重量，使得在油管上提时会拉断油管，造成事故。因此在以下的实例计算中就考虑到油管的上提力，使上提力大于最大摩阻的安全前提下，求出油管的最终下入深度。实例分析：己知上提力为14KN,油管单位长度的重量为3.276Kg/m。在以下的实例计算的时候是以每500m作为连续油管的单位上提长度。由dh=5200m,求连续油管自重。6=5200x3.276=17035.2N上提500m后，油管的自重为则(i=G-3.276X500:17035.2-1638=15397.2GNo已知上提力是14KN,»=fm=15397.2+0.02=15397.22N因为上提力为14KN,即门展力才同，所以会使油管拉断。当连续油管下入深度为4200m时，自重6=4200x3.276=13759.2No当上提500m时,油管的自重为G',G'=G'-500X3.276=12121.2No计算由于液流作用所产生的摩阻力/e为:/、(8)(9)(10)当卜入深度分别为42(X) m. 3 7(X) m. 3 200 m. 2700in. 2 20() nu 1 70() nu 1 2(X) nu 7(X) in. 200 in 时.根据或8)到式(1。)计算总摩擦力N)与上提速度，列入表lo表1不同下入深度条件下总摩擦力与上提速度卜入深从/加总摩擦力"N上提速度7(m/)420012121.60.167370010483.60.179320088460.19527007208.20.21622005570.40.24517003932.60.29212002794.80.382700657().715200657().715系列I由表1中的数据可以08r绘制总摩擦力上提:速度，关系如图I所示。jol管的上提速度是随着总摩工°，3手020.1005000 10000 15000总摩摞力 N由图表可知道连续油看。4图I总摩擦力"N)与上提速度v的关系图擦阻力的降低而加快的。为了使连续油管在作业时安全.在上提力的影响卜降低了连续油管的F入深度。破终确定r连续油管4200m的安全下入深度。(4)、三种模型计算下入深度的比较与分析现将三种模型条件下计算得出的来连续油管下入深度列表2中，可以看出液流对油管产生的摩阻，使连续油管的下入深度达到最大。由于液流承担了井口一部分的载荷,于是油管在上提时液流产生的摩阻无形中增加了油管一部分的载荷，使得在上提时有可能会使油管拉断。因此需要计算在提升油管每一段时上提速度，以便确定连续油管的下入深度，同时也提高作业的安全性。表2建立三种模型下确定连续油管下入深度表计算模型计除结果47465 2004 3M)不考虑液流对油管产生的摩阻时连续油管的卜入深度,m考虑液流时油管产生的摩阴时连续油管的卜入深度,m计算连续油管作业上提时的上提速度从而确定的连续油管的下入深度,m(5)、结论与建议(1)通过建立的模型对连续油管下入深度的进行了分析；(2)在不考虑摩擦影响因素时建立模型从而确定连续油管的下入深度；(3)考虑液体对油管产生的摩阻的影响因素建立模型,从而确定油管的下入深度；(4)考虑连续油管上提作业时油管的上提速度的因素建立模型，确定连续油管的下入深度；(5)通过建立的三种模型进行实例计算比较,得出考虑上提油管时的上提速度和确保连续油管作业的安全性的条件下,确定了油管的下入深度。