页岩气水平井压裂滑套开关工艺研究

发布时间：2017-03-22 13:03

  本文关键词：页岩气水平井压裂滑套开关工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：二十世纪以来我国经济建设大步前行,对油气资源的消耗也日渐增多,然而由于我国特殊的地质情况,油气资源开采难度高成本大,很难满足社会发展的需求,对国外进口油气资源的依存度很高,这样很难保证我国的能源安全,所以大力发展我国自己的石油产业,是确保我国经济健康可持续发展的必然选择。然而近年来国际油价的走低,我国的石油行业发展举步维艰,长此以往,将会给未来我国经济的腾飞带来隐患。于是伴随着着我国经济结构的转型,我国石油产业也开始对能源结构多样化的需求进行了探索。近年来美国对页岩气的开发成功应用,降低了油气资源价格,实现美国自身能源安全有保障。因此加大页岩气的摸索开发,有助于我国石油行业的健康可持续发展,同时也有助于调整改善我国的能源供需组成。本文首先从参考国内外的水平井多级分段压裂工艺入手,总结其各自的适应工况和特点,并对特别在页岩气开发中有应用潜力的工艺对其进行对比分析。目前我国页岩气开发其主要使用的压裂方式为多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术,该技术已经取得了很好的效果,但同时开发成本较为昂贵,其中桥塞的消耗较大且施工时间较长,而固井滑套多级分段压裂在压裂效果和施工时间上较多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术有明显的优势,故本文主要考虑用固井滑套多级分段压裂技术来应用页岩气压裂施工。在固井滑套多级分段压裂技术中,最重要的部分是滑套及其配套工具的研究,所以本文首先从不同打开方式的滑套对应的工艺为切入点,来研究固井滑套多级分段压裂技术在页岩气开发中的应用情况。分别针对投球打开式滑套及开关打开式滑套所对应的多级分段压裂技术,给出了对应的基本原理、作业管柱的结构、工艺的具体施工过程以及此工艺的特点,并着重针对开关打开式滑套的工艺进行了优化改进。然后对压裂过程中的压降进行了理论分析,针对投球打开式工艺应用中面临的主要问题——球座造成的压降过大导致压裂失败,分析整理出对应的理论计算模型,并应用模拟仿真软件对理论模型进行了验证。考虑到我国页岩气井压裂的级数一般在15级以上,得出了使用投球打开滑套压裂的方式需要的泵压过大,所以并不适合页岩气井的压裂作业的结论。对于开关打开式滑套,分析了固井滑套开关工具工作时所需排量的理论计算模型,并进行了模拟仿真进行了验证,且实际施工中的开启关闭滑套的所需排量值提供了理论推荐数据。最后针对不同滑套打开方式的所对应的工艺进行了经济分析,得出了当分段级数较少时,选用投球打开式滑套有很好的经济效应,当分段级数较多时,选择开关式滑套比较具有经济效应的结论。对开关式滑套分段压裂管柱的配套工具进行了设计研究,其中主要包括六开度开关滑套的研制以及液压式开关滑套工具的研究。设计的六开度滑套不仅具有常规的开关式滑套的技术优点,并针对裸眼封隔器组合开关滑套的使用情况设计实现了调节喷砂射孔时的射流流速的功能,当同套管组合进行固井完井时,能在生产后期有效的解决气锥水锥问题,其中独特的卡扣设计防止了井下作业时对滑套误操作。设计的配合六开度开关滑套的液压滑套开关工具,该套工具无需精确定位,且性能可靠,能够多次使用,减小了施工成本,提高了施工可靠性。针对设计的六开度滑套,对其功能的实现进行了分析和设计——调节喷砂射孔的射流动能或防水锥气锥,然后对其进行了有限元计算。在确定开关工具的结构后,对其各个零件进行了设计计算,并进行了有限元分析,其结果验证了其使用的可靠性。最后根据前面工艺模型研究结果,编写了页岩气水平井滑套分段压裂工程计算软件。首先介绍了程序的基本功能和运行环境,然后对编制过程中的数据和结构进行了说明,接着介绍了软件的使用说明,并结合页岩气井的实际资料对其进行了实例计算。
【关键词】：固井滑套 多级压裂 开关工具 工程计算软件开发
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE934.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景、目的及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究目的及意义12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.3 研究内容及思路18-21
• 1.3.1 本文的主要研究内容18-19
• 1.3.2 研究思路19-21
• 第2章 页岩气水平井滑套开关工艺研究21-43
• 2.1 投球打开滑套21-32
• 2.1.1 投球打开滑套分段压裂管柱21-22
• 2.1.2 投球滑套结构原理及特点22-23
• 2.1.3 投球打开滑套工艺研究23-32
• 2.2 开关工具打开滑套32-40
• 2.2.1 开关式滑套分段压裂管柱32-34
• 2.2.2 开关工具打开滑套工艺研究34-40
• 2.3 不同开关工艺的经济分析40-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第3章 页岩气水平井滑套分段压裂工具研究43-62
• 3.1 六开度开关滑套的研究43-53
• 3.1.1 六开度开关滑套结构设计43-45
• 3.1.2 六开度开关滑套设计计算45-47
• 3.1.3 六开度开关滑套有限元计算47-53
• 3.2 液压滑套开关工具的研究53-61
• 3.2.1 液压滑套开关工具结构设计53-54
• 3.2.2 液压滑套开关工具设计计算54-58
• 3.2.3 液压滑套开关工具有限元分析58-61
• 3.3 本章小结61-62
• 第4章 页岩气水平井滑套分段压裂工程计算软件研制62-77
• 4.1 软件概述62-63
• 4.1.1 软件主要组成和功能62
• 4.1.2 软件特点62-63
• 4.1.3 软件工作环境及开发工具63
• 4.2 软件的模块结构设计63-66
• 4.2.1 软件的主体结构设计63-64
• 4.2.2 软件的分部结构设计64-66
• 4.3 软件的运行66-76
• 4.3.1 工程概况66
• 4.3.2 软件初始化66-67
• 4.3.3 数据输入67-71
• 4.3.4 数据输出71-75
• 4.3.5 结果输出75-76
• 4.4 小结76-77
• 第5章 结论和展望77-79
• 5.1 主要结论77-78
• 5.2 本文创新点78
• 5.3 研究展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-85
• 附录1 软件的数据结构85-89
• 1.1 数据输入类型要求85-87
• 1.2 数据输出类型要求87-89
• 附录2 软件的主要运行代码89-98
• 个人简介98-99

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