水平井分段压裂投球滑套的结构性能分析与优化

发布时间：2017-12-10 19:38

  本文关键词：水平井分段压裂投球滑套的结构性能分析与优化

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【摘要】：水平井分段压裂是目前开采页岩气等低渗透油气藏的主要技术,投球滑套作为分段压裂的核心工具,安放于2个裸眼封隔器之间,为目的层段提供压裂和采油(气)通道。在高温高压的工作环境中,现有投球滑套存在开关不可靠、密封性差、喷砂口易被封堵、球座及喷砂口冲蚀磨损严重等缺点,严重影响了分段压裂的效果。本论文首先对水平井分段压裂管柱进行受力分析,建立不同工作时段的管柱力学模型,与投球滑套的安全评价标准。再针对投球滑套的失效特点,设计出一种密封性强、耐冲蚀的投球滑套:增设卡簧逆向锁紧机构;将单一密封圈密封改为O型密封圈+双C型挡圈密封;将单锥面球座改为带前锥面的弧面球座;将喷砂孔的截面形状改为等腰梯形。并利用Abaqus有限元软件,对投球滑套的打开过程、钻除球座过程、动密封过程进行仿真模拟。然后分别推出锥面球座、弧面球座坐封时,球座最大接触压力的理论公式。并对两种球座的坐封过程进行仿真模拟,证明弧面球座可有效防止坐封面被压溃,同时得到两种球座的适用范围。接着建立固液两相流的冲蚀磨损方程,并利用Fluent流体分析软件,对带前锥面的弧面球座、双锥面球座的冲蚀磨损进行仿真分析。证明带前锥面的弧面球座的耐冲蚀性高于双锥面球座,同时分析带锥面的弧面球座流体域的压力场、速度场、固相颗粒质量分数的分布规律。最后利用PIANO集成优化软件,以新型球座坐封面的平均冲蚀磨损率最小为优化目标,对前锥面锥度θ和弧面中心角γ进行优化,确定其最优结构为:弧面的曲率半径ρ等于该级压裂球的半径R;前锥面的锥度θ=30°;弧面中心角=γ900°-arcsin(d/2R)。本设计的投球滑套可以实现16级分段压裂,且具有良好的密封性、耐冲蚀性及逆向锁紧能力,可以提高水平井分段压裂的效果。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE934.2

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本文编号：1275671