随着天然气的勘探与开发,气藏的测试逐渐向高压高产方向发展,目前常用的测试管柱面临着测试压力高、测试产量的的问题,经常发生管柱或测试工具破坏,导致气井测试的失败或测试的数据不准确的问题。因此有必要针对目前气井的特点,设计一种用于高压高产的测试管柱,同时由于管柱结构、测试工艺的变化,当前已有的管柱力学理论与分析方法不能够准确反映测试管柱在高压高产气井中的受力情况,所以需建立一套针对高压高产测试管柱的力学模型与分析方法。首先,根据气井的测试特点,分析了在高压高产气井测试时面临的主要问题,依据测试管柱设计原则和设计方法对高压高产测试管柱进行了设计,并分析了完成测试所需工具的组成,最后根据测试工况对管柱测试工具进行了优选。其次,相较于地面管汇,测试管柱自下入井筒开始其受力和变形难以同步监察,需首先计算出气井的压力、温度及产量,然而这些参数在井筒中与井口处分布不同,因此建立了考虑井筒中流体向地层中的传热条件下井筒中的产量、压力和温度关于时间和空间的方程组,采用牛顿插值方法进行了预测计算,并与实测值进行对比,验证了方法的可行性。再次,分析了管柱在测试过程中的受力,主要分为温度、流体以及其他力的作用,温度的作用主要体现为温度效应;流体的作用主要体现为膨胀效应、活塞效应以及流体粘滞力;其他力的作用主要体现为重力、浮力、屈曲效应、摩擦力以及弯曲力,分别计算了各个力以及效应对管柱的影响。然后将管柱分为三部分,分别对各部分轴向力计算;同时针对不同工况计算了管柱的轴向变形,接着给出了测试管柱的强度校核计算公式。最后,利用有限元软件建立了测试管柱的模型,通过试验的方法,模拟了管柱在屈曲效应、温度效应和膨胀效应下管柱的影响,与管柱理论值相比误差在3%以内,说明采用有限元的方法确定管柱的等效应力与轴向变形是可行的。然后,以建立的有限元模型分别计算了各个工况下管柱的等效应力与轴向位移,为设计测试管柱安全使用提供保证。随后利用有限元软件分析了影响测试管柱强度的因素,为测试管柱的规范使用提供了参考。