复合材料滑套压裂球的力学性能分析及优化设计

发布时间：2020-07-02 22:34

【摘要】：滑套压裂球是石油、天然气开采过程中用于分段密封的工具,以实现油气井的多级分段压裂,需要一定的承压能力以保证在压裂时不发生破坏。压裂级数越高,其提高油气井产量、缩短施工周期、降低生产成本的优势更突出,这就需要研制高强度的压裂球以满足压裂级数和设计压力的需求。本文首先从理论分析角度,基于Hertz接触理论,建立了压裂球与球座接触面上的最大接触应力和半接触宽度的表达式;利用推导出的半接触宽度表达式,根据几何关系对球座锥面角度进行了设计。基于有限元方法,研究了压裂球密封结构的变形与应力情况,讨论了液体压力、摩擦系数、球座锥角对压裂球变形和接触面应力分布的影响规律,发现摩擦系数越大,接触应力和接触宽度越小,其密封可靠性下降,但降低了压裂球发生强度破坏的风险;并根据功能梯度材料的应用,指出在压裂球表面镀上刚度大于自身的功能梯度材料,可以提高压裂球的承压能力。最后基于ABAQUS的二次开发,对压裂球的失效过程进行模拟,分析失效过程的特点与机制。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE93
【图文】：

图 1-1 水平井裸眼分段压裂技术施工管柱投球滑套的结构如图 1-2 所示，图（a）是滑套关闭状态，图（b）是滑套打开状态。其工作原理是：在采用投球滑套和封隔器选择性地逐级封隔储层后，通过依次投送不同大小的压裂球与滑套内部的球座形成坐封，压差作用使得内滑套的销钉被剪断，内滑套向右滑动并被再次锁紧使得压裂喷砂孔被打开，建立好油管与产层的连接通道后，通过压裂喷砂孔对地层进行水力压裂[1]。

球滑套的结构如图 1-2 所示，图（a）是滑套关闭状态，图（b）是滑其工作原理是：在采用投球滑套和封隔器选择性地逐级封隔储层后不同大小的压裂球与滑套内部的球座形成坐封，压差作用使得内滑断，内滑套向右滑动并被再次锁紧使得压裂喷砂孔被打开，建立好油接通道后，通过压裂喷砂孔对地层进行水力压裂[1]。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 尚晓峰;孙永贺;尚进;张玉广;李琳;张宏岩;张春辉;;水平井压裂球的强度研究及结构改进[J];石油矿场机械;2015年08期

2 李斌;沈桓宇;朱兆亮;李强;陈海涛;;水平井投球滑套密封结构研究[J];石油机械;2015年07期

3 柯燎亮;汪越胜;;功能梯度材料接触力学若干基本问题的研究进展[J];科学通报;2015年17期

4 裴晓含;魏松波;石白茹;沈泽俊;王新忠;童征;付涛;;投球滑套分段压裂用可分解压裂球[J];石油勘探与开发;2014年06期

5 左争云;裴晓含;魏松波;王新忠;;投球滑套压裂球承压性能分析及试验研究[J];石油机械;2014年07期

6 陈培见;陈少华;;一类功能梯度材料表面接触力学研究进展[J];力学进展;2014年00期

7 张磊;王绍先;彭志刚;李国锋;张建国;;水平井裸眼压裂球座模型的建立与分析[J];石油机械;2014年03期

8 冯长青;张华光;赵粉霞;桂捷;王在强;郭思文;;分层压裂滑套与密封球受力分析研究[J];石油机械;2013年02期

9 冯强;王瑶;李洪俊;;井下封堵球密封副接触应力建模与分析[J];石油机械;2013年01期

10 孔祥宏;王志瑾;;基于Abaqus的有限元渐进损伤强度分析[J];计算机应用与软件;2012年10期

相关博士学位论文 前2条

1 刘铁军;功能梯度材料轴对称接触力学及微动分析[D];北京交通大学;2008年

2 柯燎亮;功能梯度材料的二维接触力学及微动分析[D];北京交通大学;2007年

相关硕士学位论文 前6条

1 孙喜阁;功能梯度材料的制备及接触模拟分析[D];北京交通大学;2017年

2 张珍珍;水平井分段压裂投球滑套的结构性能分析与优化[D];西南石油大学;2017年

3 熊超;基于CFD的裸眼水平井投球滑套球座冲蚀模拟[D];长江大学;2016年

4 陈能;纤维增强树脂基复合材料微切削仿真与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 柴希伟;水平井分段压裂完井管柱及配套工具的研究[D];西南石油大学;2015年

6 王洋;基于虚拟仿真技术的滑套压裂球的研究[D];沈阳航空航天大学;2014年

本文编号：2738766