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针对深井、大井径、大跨距、大测试压差等复杂井况条件下裸眼中途测试存在的问题,指出裸眼中途测试管柱与井下工具安全的四个要素,相应地开展了四个专题研究:
(1)裸眼中途测试单封隔器管柱力学分析根据裸眼中测及其管柱的特点,考虑井身结构、管柱组合、管柱载荷、高温高压及联作等因素,进行管柱轴向屈曲分析,得到了屈曲临界载荷;然后,综合考虑屈曲状态、井口和封隔器的约束,给出了井下管柱载荷、变形、应力计算方法与公式。
(2)裸眼跨隔测试管柱力学分析鉴于经典的无限长管柱力学理论不再适用于两端受封隔器约束的有限长跨隔段管柱,因此,考虑井眼和封隔器约束,用微元体分析法和能量法对跨隔段管柱弯曲行为重新进行分析。分析表明,在井眼和封隔器的约束下,跨隔段管柱有三种屈曲构型:一个半波弯曲、两个半波弯曲和螺旋弯曲。求得了三个弯曲临界载荷及跨隔段管柱挠度、弯矩、应力计算公式。据此,可以计算跨隔段管柱、工具的强度或由跨隔段管柱及工具强度决定的允许测试压差。
(3)裸眼压缩式封隔器胶筒材质分析、力学分析及其改进研究针对裸眼中途测试掉胶筒问题,首先检测了现用裸眼压缩式封隔器胶筒的理化性能,进行了掉井概率最高的压缩式封隔器胶筒的变形与应力分析;在此基础上,改良了胶筒材质及成型工艺,以胶筒强度安全为条件提出了裸眼中测允许测试压差计算方法。
(4)裸眼压缩式封隔器胶筒骨架材质分析、力学分析及其改进针对裸眼中测封隔器胶筒骨架落井现象,进行了裸眼压缩式封隔器胶筒骨架材质分析、有限元分析和材料力学分析,搞清了胶筒骨架损坏、掉井的主要原因是坐封力和测试压差形成的活塞力太大,加之开井瞬间活塞力是以冲击方式加到胶筒骨架上的,易导致脆性较大的铸铁骨架冲击破坏。据此提出了胶筒骨架选材及结构改进意见,以胶筒骨架强度安全为前提提出了裸眼中测允许测试压差计算方法和压差建立方法。
在上述四个专题研究的基础上,找到了复杂井况条件下裸眼中测失败、工具弯曲、封隔器胶筒掉井的主要原因,提出了工具选择、管柱组合、参数选择的指导性意见,提出以井下管柱与工具、封隔器胶筒、胶筒骨架强度安全为前提确定测试压差,完善了复杂井况条件下裸眼中途测试技术。