试油完井封隔器力学行为仿真及性能试验研究

发布时间：2020-07-24 02:53

【摘要】：封隔器是关键的试油与完井井下工具之一,近年来高温高压深井试油及试油-完井一体化作业过程中,经常发生封隔器异常坐封及异常失效问题。为了更准确地找到封隔器失效原因,了解封隔器坐封过程及后续工作载荷下的力学性能特点,故开展封隔器力学行为仿真及性能试验研究。本文以试油/完井常用的5T半RTTS封隔器为例,从封隔器系统整体角度出发,采用数值仿真和试验相结合的方法,对封隔器安全性与可靠性进行研究。应用SolidWorks绘图软件和Workbench有限元分析软件,建立RTTS封隔器全尺寸仿真模型,考察得到正常坐封载荷和临界载荷作用下封隔器关键零部件的应力分布规律;结合仿真计算结果和封隔器性能信封曲线特点,采用逆推法和交点验证法,提出封隔器信封曲线理论计算思路;利用井下工具试验台,模拟现场作业载荷,利用电阻应变仪采集应变片数据,研究了封隔器胶筒、卡瓦以及水力锚与套管相互作用的力学关系。研究结果表明:作业过程中RTTS封隔器整体受力不均。相较其它部分,封隔器下段受力较大;关键零部件接触部位应力明显高于非接触部位。卡瓦和内外中心管是封隔器易失效部位。临界载荷作用下胶筒的变形较大。试验发现:封隔器胶筒轴向受力不均、周向受力均匀,且上胶筒接触应力大于下胶筒,两者相差约6%;卡瓦上部接触应力略小于下部接触应力,两者相差约3.5%;水力锚上端接触应力大于下端接触应力,两者相差约3%。将试验结果和仿真结果进行对比,整体上仿真数值偏大,但变化趋势基本一致,验证了仿真模型的可靠性。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE925.3;TP391.9
【图文】：

以此来控制注入或采出流体[1]，并能承受较大压力差的井下作业工气田勘探开发中的关键配套工具，封隔器在油气田开采和各种井下作业过程中常重要的角色[2]。封隔器工作性能的优劣及可靠与否直接影响到油气井的作业开发成本。封隔器所具备的所有功能，基本都是需要通过胶筒来实现，其被广试油、堵水、完井、储层改造、分层注采等油田作业中，主要作用包括以下几保障油套环空处于隔绝状态，保护套管，降低套管损伤程度；将生产层和作业保证各层间的流体压力之间不会互相影响，符合不同分层工艺的作业需求，进项修井作业；同时利用地层能量，来提高油气井生产效率，延长油气井工作时（a）中心管断裂 （b）卡瓦对套管的损伤

8图 1-2 研究技术路线1.3.3 论文创新点（1）应用 SolidWorks 绘图软件和 Workbench 有限元分析软件，建立 RTTS 封隔器全尺寸仿真模型，考察得到正常坐封载荷和临界载荷作用下封隔器关键零部件的应力分布规律。以封隔器系统整体为研究对象，开展封隔器工作行为仿真工作，仿真计算结果更接近于实际工况。（2）采用逆推法和交点验证法，对封隔器信封曲线计算思路进行归纳。利用自主研发的井下工具试验台，设计试验，对封隔器整体系统的密封、耐压和定位性能进行测试。综合利用理论分析和有限元仿真结果，结合现场试验等技术和参数，对封隔器安全性做出准确评价。

第二章 封隔器力学行为有限元仿真分析以试油完井作业中最常用的 RTTS 封隔器为例，建立其工作行为仿真模型。封隔器工作过程接触关系复杂，除了封隔器与套管之间的接触，封隔器系统各零部件之间也存在大量相当复杂的接触对，其中涉及到金属与金属间接触以及金属与非金属间接触。本文开展封隔器力学行为仿真工作，实质上是分析封隔器在井下作业过程中处于不同载荷作用下时各零部件之间的应力关系及分布规律。因此，如何解决封隔器不同零部件之间的相互接触问题和接触部位载荷如何传递问题将是封隔器系统力学行为仿真工作的重点，具体仿真思路如图 2-1 所示。

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本文编号：2768210