采气作业时,高速流动的气体会产生不稳定的压力脉动波,诱发管柱振动;管柱振动又反过来影响流体在管柱内的运动特性,两者相互作用,互相影响,产生流固耦合振动。当气体与管柱间的流固耦合振动剧烈时,可能会诱发管柱的疲劳破坏或泄露。因此,为保证采气过程中管柱的完整性,开展了采气管柱流固耦合振动机理和振动特性研究,具体包括以下研究内容:考虑天然气的可压缩性,分析了气体流动产生的涡旋现象对管柱振动的影响,考察了井筒的温度场、压力场以及气体产量、工况对采气管柱振动的影响,阐明了采气管柱流固耦合振动机理。以直井为例,考虑气体与管柱间的流固耦合作用,建立采气管柱轴向、横向振动方程,用特征线法、数值插值法和伽辽金法求解振动方程,并以3吋半油管为例定量分析了管柱的振动特性。另外,采用ANSYS Workbench有限元软件进行垂直管柱三维模型模态分析、对30°、60°、90°不同曲率的管柱进行动力学分析,分析了是否考虑流固耦合作用对管柱模态的影响,考察了气体的入口压力对管柱振动的影响。研究表明:高速运动的流体会加剧采气管柱的振动;工况改变的瞬间会使井口管柱轴向振动加剧;考虑流固耦合时采气管柱的各阶固有频率降低,更易发生共振;管柱曲率越大,管柱内气液的脉动压力变化越大,对管柱的冲击力越大,管柱的振动越剧烈;相同入口压力时,不同曲率的管柱轴向方向的位移最大,流体对管柱有“拉直”的效果。研究结果可为管柱组合、管材选择、施工参数的选取提供参考。