回注井管柱力學在注水參數優化上的應用

張中

摘 要：普光氣田回注井具有井身長、壓力高、摩阻大等特點，本文利用管柱力學基本理論，選擇普光11井回注井為研究對象，計算管柱安全性，并通過對注水參數敏感性研究，找出注水參數對管柱安全的影響規律，最后根據普光氣田回注井實際情況選擇合理注水方式與參數，保證氣田注水管柱安全、高效、穩定注水。

關鍵詞：高含硫；回注井；管柱力學；注水參數

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.110

普光11井構造上屬川東斷褶帶黃金口構造帶普光構造西翼斷下盤。完鉆井深6130m。本文主要研究普光11井回注井注水管柱受力變化規律，通過對注水參數敏感性分析，找出注水參數對管柱安全的影響規律，最后根據普光氣田回注井實際情況選擇合理注水方式與參數，保證普光氣田注水管柱安全、高效、穩定注水。

1 注水管柱力學效應

注水管柱在注水過程中由于壓力和溫度變化，會產生下列引起封隔器管柱受力和長度變化的四種基本效應。活塞效應：因油管內、外壓力作用在管柱直徑變化處和密封管的端面引起。螺旋彎曲效應：因壓力作用在密封管端面和管柱內壁面上引起；鼓脹效應：因壓力作用在管柱的內、外壁面上引起；溫度效應：因管柱的平均溫度變化引起。

2 注水參數敏感性分析

2.1 相同注水壓力，不同排量敏感性分析

考慮在相同注水30MPa壓力下，以9～12m3/h的不同排量方式連續注水，計算管柱軸向變化，計算結果為：注水排量9m3/h時，活塞效應、螺旋彎曲效應、鼓脹效應、溫度效應導致管柱軸向收縮量分別為440mm、114mm、665mm、1471mm，總計2691mm；注水排量10m3/h時，管柱軸向收縮量分別為440mm、114mm、664mm、1500mm，總計2781mm；注水排量11m3/h時，管柱軸向收縮量分別為439mm、113mm、664mm、1526mm，總計2742mm；注水排量12m3/h時，管柱軸向收縮量分別為438mm、113mm、663mm、1547mm，總計2761mm。

從計算伸縮量變化結果可以看出，在相同注水壓力，不同注水量的注水參數下，管柱的軸向伸縮量變化不大，主要變化表現為溫度效應引起的軸向伸縮變化。

2.2 相同注水排量，不同注水壓力敏感性分析

在相同排量11m?/h時，以28、30、32、34MPa不同注水壓力進行連續注水，計算注水管柱軸向變形，計算結果為：注水壓力28MPa時，活塞效應、螺旋彎曲效應、鼓脹效應、溫度效應導致管柱軸向收縮量分別為402mm、98mm、615mm、1526mm，總計2642mm；注水壓力30MPa時，管柱軸向收縮量分別為439mm、113mm、664mm、1526mm，總計2742mm；注水壓力32MPa時，管柱軸向收縮量分別為475mm、129mm、712mm、1526mm，總計2842mm；注水壓力34MPa時，管柱軸向收縮量分別為511mm、146mm、760mm、1526mm，總計2944mm。

從計算結果可以看出，在相同排量，不同注水壓力的注水方式下，管柱的軸向伸縮量變化較大，主要變化表現為活塞效應、螺旋彎曲效應、鼓脹效應引起的注水管柱軸向伸縮變化。

2.3 持續與間斷注水制度下注水管柱變化規律

考慮在注水壓力30MPa，注水排量11m3/h時，計算連續注水和間斷2、4、6小時條件下注水管柱軸向變形。

從計算伸縮量變化結果可以看出，間斷注水方式下管柱的軸向伸縮量更大，主要變化表現為溫度效應引起的軸向伸縮，這說明間斷注水方式下由于注水管柱熱量交換還未完全穩定，注水前后溫度差更大，所以軸向伸縮量更大，注水管柱軸向受力比持續注水方式下大。間斷注水時間越長，注水管柱與地層熱量交換越達到平衡，所以表現為隨著注水間斷時間的增加注水管柱軸向伸縮變化減小，軸向受力變小。

3 結論與建議

（1）注水壓力變化對注水管柱的軸向伸縮變化影響明顯。

（2）持續注水方式下，對管柱的軸向變化影響較小，建議注水過程中采取小排量連續注水方式注水。

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