水平井多封隔器压裂管柱系统的强度及安全性评价

发布时间：2017-08-31 03:05

  本文关键词：水平井多封隔器压裂管柱系统的强度及安全性评价

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【摘要】：在油气开采技术不断深入研究中,高产能的普通油藏越来越少,使得开采的低产能油气藏越来越多。能否高效地开发低产能油气田是我们应该重点研究和攻克的难题,也是大家关注的焦点。由于低产能油气田的产能低、压力低,在开采的过程中要不断压裂注水才能正常生产。为了解决上述低产能油气藏凸显出来的各种问题,起始于上世纪80年代的水平井压裂技术应运而生,且直到现在才开始迅速地发展。由于开采的水平井越来越多,而相对应的完井管柱的力学分析研究也成为了大家研究的重要对象,根据完井管柱的力学分析来给生产作业提供更好的指导。通过阅读大量文献,总结出前人对于水平压裂管柱力学的研究做了许多工作,但大多是研究只研究压裂管柱的屈曲变形和摩擦阻力对水平井多封隔器压裂管柱的安全顺利下入,及压裂管柱能够顺利上提的影响。针对水平井眼多段压裂作业各个作业过程的管柱力学行为分析不多。本文希望能着重于水平井多封隔器压裂管柱系统的具体工况下,对水平井压裂管柱系统的强度和安全性做评价。首先针对水平井压裂管柱的温度计算模型进行了研究,建立了压裂液-管柱-地层非稳态热传导温度场的数学模型,通过对现有的实例进行计算得出：1.在对井眼温度场的预测进行研究之后认为时间是温度的主要影响因素,从作业开始,井眼温度下降趋势明显。慢慢随着时间推移,井眼温度变化量减小,井眼和地层温度差逐渐变为0。2.压裂管柱内压裂液的温度与井眼累计深度和轨迹相关使得垂直井眼段、造斜井眼段及水平井眼段的井眼温度变化的趋势是明显有区别,表现为水平井眼段压裂液温度的升高趋势最明显,其次为斜井段,竖直井段的压裂液温度的上升幅度最小。接着通过研究水平井多封隔器压裂管柱在压裂施工作业中的各种效应的影响后,认为：在考虑管柱轴向变化过程中要重点考虑活塞力的影响。对于防止管柱提前解封、发生窜封和其他恶性故障的危险,降低封隔器管柱整体的安全可靠性等问题的研究提供了理论依据。在分析管柱和封隔器的相互作用力时,将不同的管柱结构类型分为自由运动管柱、半运动管柱和限制运动管柱三种力学模型。评价不同管串结构的强度和安全性,并进行水平井多封隔器压裂管柱系统的优化设计,将完井管柱分为单一管柱和复合管柱类型,并结合封隔器和油管之间的相互作用进行了分析。总结出单一管柱在不同管柱结构类型的各种管柱效应下的受力和变形情况,对软件的使用具有指导意义。在对N个封隔器完井管串进行研究过程中,利用冯建华的关于双封隔器管柱的力学模型,转化成多封隔器管柱的力学模型进行分析,总结出了多封隔器管串中封隔器和油管之间相互作用力以及对管柱长度变化的影响。结合具体的完井作业,分别对压裂管柱在下入过程、锚定过程、坐封过程和压裂过程中油管受到载荷与变形进行研究,建立了水平井压裂管柱在下入井底时的自重和液柱浮力作用下及锚定、坐封、压裂过程中产生的轴向载荷和轴向应力及管柱伸长量的数学模型。在进行管柱的强度校核及安全性评价过程中考虑到管柱与地层热应力的影响,建立了综合考虑热应力的数学模型,对油管的危险点,结合Von-Mises理论进行研究,给出了完井管柱强度校核的基本方程。分析软件的编写能够很好的评价具体井况,在不同管柱结构下的各个作业阶段的强度及安全性,给后续的完井管柱的设计及作业和施工提供指导意见。结合山西一口井现场提供的实际具体井况、管柱结构和施工数据对该完井压裂管柱的强度及安全性进行了评价,判断出该完井压裂管柱在压裂作业的各个阶段均是安全可靠的,可以满足生产需要。在考虑优化设计管柱时,借助软件分析出在压裂阶段井口处的轴向应力和Mises应力最大,为危险点,结合复合管柱相对于单一管柱的优点,提出了将单一管柱原有的114.3mm,20.09kg/m的油管分成两段管柱的复合管柱结构：其中上段管柱单位重量为20.09kg/m,下段管柱重量为17.26kg/m。利用软件对比分析了复合管柱在同种井况和施工作业数据情况下的井口依然为危险点,但安全系数由1.8617升高到2.08,减轻了管柱的整体重量,提高了该管柱的安全性,优化了管柱。
【关键词】：水平井 多封隔器 管柱 安全性 评价
【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 引言11-12
• 1.2 管柱力学研究现状12-13
• 1.3 水平多段压裂研究现状13-18
• 1.4 本文的研究内容18-20
• 1.5 研究思路及难点20
• 1.6 论文创新点20-21
• 第2章 压裂管柱的温度计算模型研究21-29
• 2.1 压裂液-管柱-地层非稳态热传导研究21-26
• 2.2 实例计算分析26-29
• 第3章 完井管柱的变形及受力分析29-51
• 3.1 完井管柱基本效应29-40
• 3.2 不同管柱结构类型的力学模型40-43
• 3.3 单一管柱的计算43-45
• 3.4 复合管柱完井的各种效应计算45-49
• 3.5 多级封隔器管串的结构力学研究49-51
• 第4章 水平井封隔器分段压裂管柱不同施工作业的力学研究51-66
• 4.1 管柱自重与变形分析52-53
• 4.2 锚定作业时管串的力学及变形分析53-54
• 4.3 坐封施工作业中油管力学研究54-55
• 4.4 水平井带多个封隔器管柱的坐封锚定施工作业力学研究55-58
• 4.5 压裂施工作业中管串的受力研究58-64
• 4.6 水平井带多个封隔器管柱压裂作业中力学研究64-66
• 第5章 完井管柱系统的强度校核66-74
• 5.1 常温下管柱强度校核66-69
• 5.2 管柱及地层的热应力强度校核69-74
• 第6章 软件的设计与开发74-88
• 6.1 软件的开发语言简介74-75
• 6.2 软件系统的主要模块75-80
• 6.3 实例计算及结果分析80-88
• 第7章 结论88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-94
• 个人简介94-95

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本文编号：763072