油气测试管柱力学分析与优化设计软件及应用

金玉堂　李云超　王涛

摘 要：在对油井进行测试的时候，特别是在对高压气井、水平井、超深井等进行测试的时候，因为测试关注在管内外压力、轴向力、扭矩、弯矩、温度等因素的作用下，其都可能会出现较为复杂的应力和形变，甚至很多时候可能会出现管柱断脱等情况发生，基于此，需要做好油气测试管柱力学分析和优化的设计软件，本研究针对于此主要分析油气测试管柱力学分析与优化设计软件的应用，希望所得结果可以为相关领域提供有价值的参考。

关键词：油气测试；管柱力学分析；优化设计软件

中图分类号： TE2 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-143-2

0 引言

在进行油井测试的时候，特别是对于高压气井、超深井等进行测试的时候，进行测试的测试管柱可能会因为各种外力作用的原因发生形变，出现各种复杂的应力和应变，严重的时候可能会导致管柱出现断脱和屈服破坏。所以为了更好地进行现场作业，对油气测试管柱力学进行分析和优化，并做好设计软件的指导和设计工作，以此来进行施工指导，能够在很大程度上确保油气测试的正常进行。

1 油气测试管柱力学分析软件的相关情况分析

1.1 油气测试管柱力学分析软件的介绍

油气测试管柱力学分析软件需要在对油气进行调查测试作业过程中，对其所存在的力学和强度问题进行研究，要确定所要解决的问题，并根据作业过程对数学模型进行建立，做好软件的开发环境，布置好项目管理并将数据输入其中，然后进行力学分析模块的编写工作，并做好辅助模块的编写工作，最后进入试用阶段[1]。油气测试关注力学分析软件能够对油气测试管柱在起下过程中，油管的拉力和扭矩进行分析，并分析测试过程中的油管力学，它能够对井下的受力状况进行分析，优化设计油气测试管柱。

分析这款软件的设计开发环境，这款软件的运行系统主要为中文的windowsXP+office2003以上的系统，如果系统的配置比这个系统较低，那么软件可能不能安装，而软件的开发语言Visual Basic和TeeChart。安装软件的时候，点击start.exe可以进行软件安装，当软件安装完成以后，桌面上会出现该软件的快捷方式，点击快捷方式运行软件。软件的一级菜单主要涉及文件管理、数据输入、井眼轨道、管柱组合等多个工具栏。

1.2 油气测试管柱力学分析软件的设计

首先分析该软件的文件管理，其计算数据主要按照项目进行管理，每个井口的参数组成一个独立的项目，文件管理可以实现其对于新项目的创建工作，也能够实现对于已存在项目的打开工作，可以将已经打开的项目改名进行另存备用，涉及了该项目的删除，能够将项目从硬盘备份到其他磁盘上，同时也可以将其他磁盘的项目数据回存到电脑。分析数据的输入，数据的输入主要涉及了作业管柱的组合、井点的轨道、井壁的套管、管内流体的性能、摩擦因数等等，并能够将所有的数据都形成word的文档的模式[2]。对井眼的轨道进行分析，可以根据所输入的井眼轨道将井点轨道当中的几何形状、相关参数进行计算，而且本研究的软件能够对输入的井眼轨道的数据进行进一步的检查，确定其是否正确。分析管柱的组合，软件能够将所输入的作业的管柱组合图形显示出来，然后将对于输入的作业的管柱组合的数据进行进一步的检查。除此之外，油气测试管柱力学分析软件也能够分析起下过程中滚柱的拉力和扭矩，也能够对试油管柱的力学进行分析。本研究的数据库主要提供给计算过程所需要的数据，它主要涉及了钢材的性能、工具图片库、石油管材性能、关注涉及系数和计算补偿等。

1.3 油气测试关注力学分析软件的核心功能介绍

其核心功能主要涉及了带封割器管柱安全校核模块和摩阻扭矩与动载分析模块两个方面，首先是带封割器管柱安全校核模块，其可以分析封隔器与油管的三种关系下，正常生产、座封，以及酸化、压裂作业时管柱的受力状况并校核其安全性。该模块的计算结果包括封隔器在不同工况的轴向载荷、油管底部压力、封隔器处油管外压、判断封隔器是否解封、计算中性点位置、判断管柱是否安全等；而摩阻扭矩与动载分析模块从某种程度上来说，这种模块主要采用圆柱螺线法和空间圆弧曲线法精确模拟三维井眼轨道、建立井筒、管柱、流体之间力学关系的方程组、采用精确的数值分析方法求解，可以对生产及作业管柱进行摩阻扭矩分析和动载分析，以确定其安全性与稳定性。对于静态管柱，可以计算出各段的轴向力与侧向力、分段分析其稳定性。对于动态的起下管柱过程，可以计算出过程各个阶段的井口载荷与扭矩。所有计算结果均用表格与曲线表示。

2 油气测试管柱力学分析软件的应用研究

2.1 油气测试关注力学分析软件的应用模块研究

在现实应用当中，它能够对封隔器和油管的三种关系下，正常的生产、座封，以及酸化、压裂作业时管柱的受力状况并校核其安全性进行分析，该模块的计算结果包括封隔器在不同工况的轴向载荷、油管底部压力、封隔器处油管外压、判断封隔器是否解封、计算中性点位置、判断管柱是否安全[3]。同时，该模块采用圆柱螺线法和空间圆弧曲线法精确模拟三维井眼轨道、建立井筒、管柱、流体之间力学关系的方程组、采用精确的数值分析方法求解，可以对生产及作业管柱进行摩阻扭矩分析和动载分析，以确定其安全性与稳定性。对于静态管柱，可以计算出各段的轴向力与侧向力、分段分析其稳定性。对于动态的起下管柱过程，可以计算出过程各个阶段的井口载荷与扭矩。所有计算结果均用表格与曲线表示[4]。

本研究以某油田xx井管柱受力分析对软件多个方面性能进行了详细的测试和验证，具体情况如下：

软件数据输入采取向导型界面方式，界面数据自动检查和过程处理，提示出错信息；数据输入界面图表并茂，相关模块提供了经验公式和默认赋值形式，方便用户数据输入。输入、运行、结果查询界面都十分友好而且条理清晰。

对不同模型、计算速度、计算结果、结果曲线、图形等进行了详细测试。

射孔参数优化设计软件要求的硬件、软件环境：

硬件环境：Pentium II以上的PC机，内存要在64M以上，建议内存128M，硬盘至少有800M的自由空间，显示要设置到800*600的16位增强色或更高。

软件环境：操作系统要中文Windows9X/2000/XP或更高。

①P3/P4及其兼容机 WIN98/WIN2000/WINXP操作系统 IE6.0；

②收集65155井的生产数据、所在区块的粘温曲线数据、周期注汽数据等；

③有关必要的文档。

2.2 油气测试关注力学分析软件的测试结论探讨

按照制定的测试计划，组织相关的技术人员，对井下管柱力学分析及优化设计软件，测试结果显示软件运行正常，性能稳定，计算模块计算结果在允许的精度范围内。该软件能够满足立项要求：①该软件具有较好的系统性、开放性、灵活性、兼容性和稳定性；②软件功能全面，计算结果准确、预测数据与生产实际具有较高的符合性；③软件界面清晰，数据输入、调用简单。该软件采用了管柱力学分析的理论，建立了动态管柱设计、校核等方法；选用现场实际井数据进行了预测结果对比。现场试验证实，该软件能较为准确地预测井口管柱的载荷和扭矩，可以用进行管柱组合的设计以及油管钢级的选择。

3 结语

本研究主要就油气测试管柱力学分析软件的设计和应用情况进行研究，文中涉及了一些笔者自己的主观看法，通过本研究的分析，笔者认为油气测试管柱力学的分析软件具有较好的稳定性，同时具有灵活和兼容性，能够全面的计算测试结果，确保结果的准确性，而且本研究软件的操作界面较为清晰，数据输入和调用相对简单，是一款值得进一步深入开发的实用性软件。

参 考 文 献

[1] 高科超，冯卫华，吴轩，尚锁贵，杨子，张兴华，王雪飞.海上油田复杂气井深井测试管柱的应用与研究[J].油气井测试，2016，03（01）：42-44.

[2] 李子丰，蔡雨田，李冬梅，徐燕东.地层测试管柱力学分析[J].石油学报，2014，27（04）：165-166.

[3] 魏晓东，刘清友.深水测试管柱力学行为研究进展及发展方向[J].西南石油大学学报（自然科学版），2015，28（01）：485-486.

[4] 张衍臣，于振东，范学君.不动管柱多层压裂及排液一体化工艺技术研究与应用[J].石油勘探与开发，2015，20（02）：524-525.