水力扩张式封隔器管柱力学分析

发布时间：2017-08-11 07:25

  本文关键词：水力扩张式封隔器管柱力学分析

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【摘要】：水力扩张式封隔器管柱主要应用于水力压裂喷射作业,在内压作用下管柱产生鼓胀效应从而引起管柱轴向变形,轴向变形过大会导致封隔器失封,从而影响整个作业的成败。本文以水力扩张式封隔器管柱以及封隔器胶筒为研究对象,对封隔器管柱以及封隔器胶筒进行研究。本文运用理论方法对水力扩张式封隔器管柱工作过程中的力学行为进行分析,分别得到重力、浮力、流体阻力、活塞效应、温度效应以及鼓胀效应等因素引起管柱轴向变形的计算公式。推导得出水力扩张式封隔器管柱鼓胀变形三个阶段的轴向变形公式以及鼓胀力大小计算公式。通过对水力扩张式封隔器胶筒变形阶段进行分析,分别得到胶筒工作面和肩部的轴向载荷公式、胶筒工作面约束变形的接触应力求解公式。得到胶筒在工作过程中胶筒与套管之间的摩擦力大小的计算公式。本文运用有限元方法对封隔器胶筒进行数值,根据分析结果可知:随着喷射压裂的进行,压裂液流经封隔器,封隔器胶筒温度降低,胶筒应力增加,当温度低于90℃时,应力反而降低,当温度低于70℃时,胶筒应力又逐渐增加。在内压作用下,封隔器胶筒的接触应力由胶筒两端向中间逐渐增加。
【关键词】：水力扩张式封隔器 管柱力学 胶筒 有限元
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-19
• 1.1 研究的目的及意义7
• 1.2 水力扩张式封隔器概述7-11
• 1.2.1 水力扩张式封隔器的基本结构和各结构的功能8-9
• 1.2.2 水力扩张式封隔器工作原理简介9-11
• 1.3 国内外研究现状11-17
• 1.3.1 水力扩张式封隔器封隔器国内外研究11-15
• 1.3.2 封隔器管柱力学国内外研究15-17
• 1.4 主要研究内容以及技术路线17-18
• 1.4.1 主要研究内容17
• 1.4.2 技术路线17-18
• 1.5 创新点18-19
• 第二章 水力扩张式封隔器管柱受力与变形分析19-28
• 2.1 水力扩张式封隔器管柱轴向载荷变形19-24
• 2.1.1 自重引起的管柱轴向变形19-20
• 2.1.2 浮力引起的管柱轴向变形20
• 2.1.3 流体阻力引起的管柱轴向变形20-23
• 2.1.4 活塞效应引起的管柱轴向变形23-24
• 2.2 温度效应引起的管柱轴向变形分析24-25
• 2.3 鼓胀效应引起的管柱变形分析25-26
• 2.4 水力扩张式封隔器管柱轴向总变形26-28
• 第三章 水力扩张式封隔器坐封过程中管柱变形分析28-36
• 3.1 水力扩张式封隔器坐封前后管柱变形分析28-30
• 3.1.1 水力扩张式封隔器坐封前管柱变形分析28-29
• 3.1.2 水力扩张式封隔器坐封后管柱变形分析29-30
• 3.2 水力扩张式封隔器坐封过程鼓胀效应对于管柱变形的影响30-34
• 3.2.1 鼓胀效应模型31-32
• 3.2.2 水力扩张式封隔器管柱鼓胀效应第一阶段力学性能分析32
• 3.2.3 水力扩张式封隔器管柱鼓胀效应第二阶段力学性能分析32-34
• 3.2.4 水力扩张式封隔器管柱鼓胀效应第三阶段力学性能分析34
• 3.3 本章小结34-36
• 第四章 水力扩张式封隔器胶筒力学性能分析36-59
• 4.1 水力扩张式封隔器胶筒变形分析36-50
• 4.1.1 水力扩张式封隔器胶筒中间部位变形阶段力学分析37-42
• 4.1.2 水力扩张式封隔器胶筒端部变形阶段力学分析42-47
• 4.1.3 水力扩张式封隔器胶筒变形后胶筒与套管间摩擦力分析47-50
• 4.2 橡胶材料性能分析50-53
• 4.2.1 丁腈橡胶的性能分析51
• 4.2.2 研究橡胶材料力学性能的方法51-53
• 4.3 水力扩张式封隔器胶筒有限元分析53-58
• 4.3.1 水力扩张式封隔器胶筒有限元建模53-55
• 4.3.2 有限元分析结果55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 总结59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文64-65

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