振动减摩器对连续管力学性能的影响研究

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连续管技术广泛应用于油气田修井、钻井、完井、增产等作业,在油气田的勘探与开发中发挥了越来越大的作用。但连续管柔性较大,在连续管下井过程中,在注入力和井底摩擦力的共同作用下,容易发生屈曲,造成连续管的“卡死”,限制了连续管在大位移井、水平井中的应用,因此研究如何将连续管送入水平位移更大的井中有着重要的现实意义。使用井下振动减摩器可以减少连续管在下井过程中受到的平均摩擦力,从而增加连续管在水平井段中的延伸距离。这种减摩方式具有不用改变工作液性质、不受井眼粗糙程度限制、维护成本低等优点,因此具有较好的应用前景。但是目前对振动减摩器的研究多为现场实验研究,还没有人对其进行过系统的理论研究。本文在理论上研究了振动减摩器对连续管所受平均摩擦力的影响,给后续振动减摩器的设计或使用提供了初步的理论参考。本文建立了质点的垂直振动减摩模型与平行振动减摩模型,讨论了质点的振动减摩模型与连续管的振动减摩模型之间的关系。根据连续管下井过程的工况分析,对连续管的振动减摩问题进行了合理简化,建立了用于分析水平井段内连续管的振动减摩有限元模型,给出了相应的假设及边界条件。编写了用于分析连续管振动减摩模型的有限元程序;通过对比利用该程序及Ansys软件对某一直杆模型振动的瞬态解,部分的证明了将该程序用于研究水平段连续管振动减摩问题的可行性;提出了判断连续管所受平均摩擦力减小的方法。利用编写的有限元程序,对水平井段为1000m长的连续管的轴向振动和扭转振动的减摩过程分别进行了计算;在相同的工况下比较了轴向振动和扭转振动对连续管减摩效果的影响。得到了轴向振动减摩效果要好于扭转振动的结论,且从振动减摩器的设计的简便性及使用安全的角度出发,建议深入研究和改进轴向振动减摩器。针对本文提到的连续管的截面特性和材料特性,研究了不同的振动频率、下管长度、下管速度对水平井段内连续管的振动减摩效果的影响规律。根据得到的规律,提出了振动减摩器的优化设计方案。对某假设的水平井中的连续管进行了固有频率分析,对振动减摩器在该井的许用振动频率范围作了限制。利用以上研究成果对某一假想工况进行分析,提供了一种寻找最优下管方案的方法。
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