柳军 李建 郭晓强 魏安超 黄亮 王国荣

(1.西南石油大学 2.中海石油(中国)有限公司湛江分公司)

0 引 言

随着浅层油气资源的日益减少，我国钻井、完井工艺不断向高压、高温和复杂的深部地层方向发展，并以高产的开采方式才能够满足当前的需求。与常规油气井油管柱相比，高产气井油管柱面临更大的风险[1]，主要表现为管内高速气体诱发管柱的非周期性剧烈振动，并产生复杂的交变应力，易导致油管发生疲劳失效[2]。一旦油管柱发生破坏，将被迫井下作业，甚至导致井筒报废，造成严重的经济损失和环境污染。

早期学者针对内流作用下的管柱振动问题开展了初步研究[3]，通过试验验证了内流对管柱的动力响应有显著影响[4]。随后，诸多学者针对管柱振动模型开展了详细的研究，建立了流体作用力的计算方法[5]、管柱纵向振动模型[6-7]、横向振动模型[8-9]以及流固耦合振动模型[10-11]。近年来，有学者发现细长管柱的纵横向耦合效应明显，且不可忽略[12]。因此，LIU J.等[13]采用能量法和哈密顿原理建立了考虑井眼轨迹变化、内流冲击、油套管接触碰撞和纵横向耦合作用的高产曲井油管柱非线性振动模型。针对管柱疲劳寿命分析方法的研究，J.A.HOWARD等[14]分析了油管柱振动疲劳失效问题，提出了管柱全寿命预测方法和裂纹扩展分析方法。黄桢[15]发现气井管柱在内流激励下的振动会缩短其疲劳寿命，但未给出管柱疲劳寿命的分析方法。基于此，吴睿等[16-18]借助数值分析技术，建立了气井直管柱疲劳寿命预测模型，但同时考虑油套管接触作用和纵横向耦合效应的高产曲井油管柱流致振动疲劳寿命相关研究还未见报道。……