水平井非金属材料可钻桥塞设计与研究

发布时间：2017-09-19 23:06

  本文关键词：水平井非金属材料可钻桥塞设计与研究

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【摘要】：金属材料桥塞在解封过程中钻铣难度大、钻铣时间长,容易造成套管偏磨及金属屑卡钻等问题。非金属材料可钻桥塞,钻铣容易并且效率高。非金属材料桥塞是对桥塞采用复合材料制造而成的新型桥塞。复合材料由增强纤维和基底材料粘结而成,是一种性能优良的非金属材料。本文通过有限元的分析方法,对桥塞复合材料部件的纤维铺设方式进行了优化设计,主要研究内容如下:(1)调研国内外关于复合材料桥塞的使用现状及研究最新进展,分析可钻桥塞在分段压裂技术中的应用过程,针对金属材料桥塞使用中存在的问题,设计非金属复合材料桥塞;(2)通过对桥塞结构组成和工作原理的分析,结合桥塞的主要设计参数,设计可钻桥塞和投送器的结构;(3)对桥塞的支撑部件中心管,选取玻璃纤维纤维增强型复合材料,利用有限元的分析方法,模拟中心管在不同的工况下,分析增强型纤维采用不同的铺层方式对中心管力学性能的影响。结合复合材料的IRF系数,得到多组模拟数据,进行铺层方式的优化,确定中心管最佳的铺层方式及铺层数。分析最佳的铺层方式中最优的铺层角度比例;(4)对桥塞卡瓦及胶筒进行力学性能分析,分析复合材料卡瓦一定工况下的力学性能,及在不同的纤维铺设角铺层内S1应力分布特点。分析不同长度及摩擦系数的胶筒和接触应力之间的相互关系。
【关键词】：桥塞 复合材料 铺层方式 优化设计
【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】：TE934.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 课题研究背景7
• 1.2 研究目的及意义7-8
• 1.3 本课题国内外研究现状8-13
• 1.3.1 非金属基复合材料9-12
• 1.3.2 可钻桥塞分段压裂工艺概况12-13
• 1.4 本文研究内容和创新点13-14
• 第二章 可钻桥塞的结构设计14-20
• 2.1 桥塞的分类14-15
• 2.1.1 可钻式桥塞与可取式桥塞14
• 2.1.2 桥塞坐封方式的对比14-15
• 2.2 桥塞及投送器的结构设计与工作原理15-17
• 2.2.1 桥塞及投送器的结构设计15-16
• 2.2.2 复合材料桥塞工作原理16-17
• 2.2.3 桥塞的主要设计参数17
• 2.3 桥塞关键零部件的设计17-19
• 2.3.1 中心管的设计17-18
• 2.3.2 卡瓦的设计18-19
• 2.3.3 桥塞胶筒的设计19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 复合材料力学及复合材料铺层方案设计20-32
• 3.1 复合材料力学基本理论20
• 3.2 一般层合板的应力—应变关系20-26
• 3.2.1 层合板的应变21-22
• 3.2.2 层合板的内力22-23
• 3.2.3 层合板的应力—应变关系式23-25
• 3.2.4 复合材料失效准则25-26
• 3.3 复合材料铺层设计26-29
• 3.3.1 复合材料的构造形式26-27
• 3.3.2 铺层设计原则27-29
• 3.3.3 铺层方案的设计29
• 3.4 复合材料分析软件Workbench ACP29-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 纤维铺层对中心管力学性能的影响32-46
• 4.1 纤维铺层方式对中心管性能的影响32-44
• 4.1.1 复合材料分析前处理32-35
• 4.1.2 工况一下铺层方式对中心管性能影响35-39
• 4.1.3 工况二下铺层方式对中心管性能影响39-40
• 4.1.4 工况三下复合材料中心管凸台力学性能40-42
• 4.1.5 最优化铺层方式的选取42
• 4.1.6 复合材料与金属材料中心管力学性能对比42-43
• 4.1.7 铺层角度比例对中心管性能影响43-44
• 4.2 铺层厚度对中心管性能的影响44-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第五章 复合材料桥塞关键部件分析46-55
• 5.1 复合材料卡瓦的力学分析46-48
• 5.2 桥塞胶筒密封性能的分析48-54
• 5.2.1 基本理论49-50
• 5.2.2 胶筒有限元模型分析50-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 6.1 主要结论55
• 6.2 展望55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-60
• 攻读学位期间发表的论文60-61

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本文编号：884433