水平井多级压裂管柱力学分析及软件开发

发布时间：2018-05-08 21:35

本文选题：水平井 + 多级压裂　；参考：《西南石油大学》2017年硕士论文

【摘要】：本文来源于与西部钻探合作项目——无级差投球滑套研制及相关计算。随着油气勘探开发技术的发展和进步,开采低渗透薄油层复杂油气藏成为目前重要的开发方式,特别是非常规油气如页岩气开发,需要采用具有较长水平段的水平井技术和大规模的多级压裂技术,在井下采用多级压裂滑套以及与之相应的层间封隔器,增加了井下管柱的复杂性,给管柱下入水平井带来了困难。由于水平井井眼轨迹的复杂性和压裂管柱组合的多级化,下入摩阻成为了影响多级压裂管柱能否顺利完成下放施工的一个重要因素。如果下入摩阻过大,管柱的轴向载荷将会增大,可能导致管柱发生弯曲变形或者产生屈曲行为,甚至引起管柱发生自锁,管柱的下入施工无法完成。而在坐封和压裂过程中,由于较大的内外压差和温差变化等影响因素,使得管柱施工作业的安全性成为了保证顺利完成水平井压裂改造的必要条件,因此,在研究水平井多级压裂管柱下入过程力学问题的同时,考察坐封和压裂过程的施工安全也具有重要的意义。首先,本文以水平井多级压裂管柱为研究对象,考虑井眼轨迹和压裂管柱组合等因素,分别建立了无封隔器和带封隔器压裂管柱下入过程的力学模型,得出了无封隔器和带封隔器管柱的摩阻力计算式。其次,考虑管柱自重、管柱内外压、管柱与井壁之间的接触力等因素,通过经典微分方程法推导出了水平井管柱屈曲微分方程,并求得了正弦屈曲和螺旋屈曲临界载荷,为压裂管柱下入摩阻分析提供理论依据。再次,根据坐封和压裂作业的实际工况,考虑坐封和压裂时的活塞效应、鼓胀效应、温差效应以及摩阻效应等影响,分析了坐封和压裂过程中管柱的受力情况,进行了复杂受力状况下的管柱强度分析,为坐封和压裂施工安全提供了理论依据。利用ANSYS有限元计算分析软件,建立弯曲管柱和水平管柱的三维非线性有限元模型,根据实际的坐封和压裂施工参数,分析了管柱作业强度,并与理论计算结果进行对比分析,相互验证了结果的可靠性。利用ABAQUS非线性有限元分析软件,建立了封隔器有限元模型,着重分析了封隔器胶筒的密封性能。最后,根据前述理论计算方法,运用C/C++语言及相关程序开发软件,开发了水平井多级压裂管柱力学计算软件,为压裂管柱设计和确保顺利完成压裂改造提供了实用工具。本软件现已由甲方单位登记软件著作权,并应用于实际压裂施工。
[Abstract]:With the development and progress of oil and gas exploration and development technology and the development and progress of oil and gas exploration and development technology , it is important to exploit the complicated reservoir of low permeability thin oil reservoir . It provides practical tools for fracturing string design and ensuring successful fracturing transformation . The software is now registered by Party A ' s software copyright and applied to actual fracturing construction .

【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE934.2

【参考文献】