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射孔测试联作管柱受力分析及井下仪器保护技术
尹洪东李世义
(北京理工大学机电工程学院,北京100081
张建军
y
(华北油田公司采油工艺研究院,河北任丘062552
摘要结合现场实际,对射孔测试联作施工管柱进行了力学分析,重点分析了高压
和射孔枪振动对管柱的影响,指出射孔瞬间在封隔段形成的高压是引起管柱振动的
一种主要影响因素,提出管柱的减振方法。指出高压也是压力计损坏的主要因素。
在此基础上,设计了管柱结构、井下仪器保护装置,提高了射孔测试联作成功率。
关键词射孔测试联作井下仪器减振器保护器
油管输送射孔与地层测试联作(简称联作技
术,是解决一些储层测试工艺的一种有效方法。由于对管柱受力状况及压力
计、时钟等仪器的损坏原因认识模糊,施工中虽使用了减振器,还是频繁发生压力
计、时钟等井下仪器损坏现象,阻碍了联作技术的应用。通过对射孔测试联作管柱
受力状况分析发现,原来认为时钟、压力计等仪器损坏仅是由射孔枪纵向振动引起
的认识是不全面的,得出射孔枪起爆瞬间在封隔段形成的高压引起管柱振动也是造
成时钟、压力计等仪器损坏的一种主要影响因素,同时,这个高压造成了压力计因超
压而损坏。在此基础上,对管柱结构进行了改进,研制出新型压力计保护装置,并经试
验验证,获得了成功。
1管柱受力及仪器损坏原因分析
1.1工艺原理
射孔测试联作是把射孔枪与测试仪器组合为一次下井管柱,射孔枪接在管柱的
底部,测试仪器接在管柱的中部,采用油管输送的方式,把射孔枪和测试仪器送到预定
位置,磁定位测得定位短节深度,调整管柱,使射孔枪对准油层,坐封封隔器并开井后,
环空加压引爆射孔枪,然后按测试设计开关井,进行地层测试。射孔测试联作管柱结
构见图1。
1.2管柱受力分析
过去认为射孔枪的纵向振动是引起管柱振动的主要因素,认为压力计、时钟是
振坏的。但经对管柱受力分析发现,
射孔枪起爆时枪膛内的高压气体向
图1射孔测试联作管柱结构
封隔段释放,这部分高压气体会推动管柱向上强烈冲击振动。
胶筒受力及胶筒壁应力情况见图2、图3。橡胶筒受力计算如下
F1=p1R22(1
F2=p2(R22-R23(2图2中F3大小根据井深决定,忽略胶筒从初始受压到刚与井
壁接触这个过程,封隔器坐封后,对胶筒产生的纵向压应力约为
1=
F3
(R22-R21(3
2=3=
1-
1(4
4=2+5(5式中,=0.461,为胶筒材料泊松比。
第25卷第3期石油钻采工艺Vol.25No.3
2003年6月OILDRILLINGPRODUCTIONTECHNOLOGYJune2003
y作者简介:尹洪东,1963生。1996年于哈尔滨工程大学硕士研究生毕业,现在读
博士研究生,主要从事石油地层测试、信号测试与处理研究工作,高级工程师。电
话:010-********。
*张建军为第2作者。
图2橡胶
筒受力分析
图3胶筒壁应力
3个胶筒与井壁的摩擦力为
F4=3hL4f
(6
考虑工具向上冲击初期,胶筒与井壁的摩擦力不起作用,按(7式计算;后期摩擦力
起作用,按(8式计算,忽略其它次要因素,工具受到向上的合力分别为
F合1=F1-F2-F3(7F合2=F1-F2-F3-F4
(8
由于管柱的柔性,只有工具的部分质量受到冲
击,高压使工具受到的冲击加速度近似为
a1=
F合1
M(9a2=
F合2M
(10
这个纵向振动会通过管柱直接作用于时钟、压力计等井下仪器,向上冲击。上
述只考虑封隔段的高压对管柱造成的纵向冲击加速度,整个管柱的纵向冲击加速度
应加上射孔枪的纵振对管柱的影响。当封隔段很长时,由于水的压缩性,可降低封隔
段的高,缓解管柱的纵向振动。
在径向射孔枪会强烈振动,此振动也是时钟等井下仪器发生损坏的主要原因。
1.3井下仪器损坏原因分析
1.3.1振动损坏如宋深2井,井段345
2.0~3442.4m。本次施工坐封力F3=9104
N,采集的瞬间峰值压力为62MPa。管柱受冲击的有效质量M=500kg,根
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