高产曲井油管柱疲劳试验及疲劳寿命分析

针对高产曲井油管柱在生产过程中高速流体诱发其振动产生的疲劳失效问题,建立了油管柱动力学模型并求解得到交变应力响应,再结合管材S-N曲线和Miner线性累积损伤理论,形成高产曲井油管柱疲劳寿命分析方法。开展疲劳试验测定油管材料13Cr-L80的S-N曲线,且考虑试件表面质量、加载类型、应力集中和加工尺寸的影响对S-N曲线进行了修正。以南海西部某气田为例,分析了两口典型曲井(水平井和定向井)管柱在不同产量、不同管柱尺寸下的疲劳寿命。研究结果表明:产量越大,管柱疲劳寿命越短,水平井管柱达到油气藏年限(20 a)的临界产量为1.1×10^(6) m^(3)/d,定向井管柱达到油气藏年限的临界产量为4.5×10^(5)m^(3)/d;小尺寸管柱相对于大尺寸管柱更易发生疲劳失效。研究结果可为高产曲井油管柱的设计及现场作业提供有效的分析工具和理论依据。