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不同气体产量下水平井完井管柱振动机理的试验研究

2021-01-22贾杜平毛良杰王国荣

工程设计学报 2020年6期
关键词:模态振动产量

莫 丽,贾杜平,毛良杰,王国荣

(1.西南石油大学机电工程学院,四川成都610500;2.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川 成都 610500)

完井管柱是连接地下油层和地面的重要通道,主要由油管、安全阀、伸缩节、滑套、封隔器、密封插入管和射孔枪等部件构成[1-2]。当流体流过管柱时,会发生流固耦合现象,进而引起管柱振动。特别是在管柱内流体产量变化、开关井频繁、管柱弯曲等因素的影响下,完井管柱的振动会加剧[3-5]。管柱振动可能造成管柱疲劳破坏,同时过大的振动会导致管柱内外管碰撞,这将严重影响管柱的寿命。

国内外很多学者对流体对管柱振动的诱发和完井管柱的振动进行了研究。Paidoussis等[6]得出,高速流体流过管道时会使得管柱弯曲,严重时还可能导致管柱发生颤振。Housner等[7]证明,管柱中流体的存在会对管柱的固有频率产生影响,使管柱更容易发生振动,大的流体流量会导致管道不稳定。Adnan等[8]分析了直井段、造斜段和水平段油管在旋流作用下的振动幅值和应力。Li等[9]利用有限元软件进行的分析表明,管道的振动和流体流速、流体密度成正比关系。练章华等[10]建立了完井管柱受力的各种数学模型,为水平井管柱的设计提供了理论依据。高德利等[11]对钻柱横向振动进行了研究,得出钻井液的阻尼会减小钻柱的横向振动。李子丰等[12]研究了钻井液对钻柱横向振动的影响,得出均匀流动的钻井液对管柱振动的影响很小。梁政等[13]推导出管柱受压时液固耦合振动微分方程中频率的计算公式,分析了由气体诱发的管柱横向振动的特性,得出管柱轴向力和流体产量越大其振动频率也越大的结论。……

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