压裂用大通径桥塞的设计与研究

发布时间：2018-02-01 03:12

本文关键词： 大通径桥塞设计接触压力锚定节流仿真　出处：《长江大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：桥塞—射孔联作分段压裂技术是目前国内外进行页岩气藏等非常规油气开发所使用的主要手段。但在此技术施工后期,需要利用连续油管连接磨铣工具钻除桥塞以保障油气返流时的畅通。复杂的桥塞钻磨工序以及它所带来的种种问题限制了桥塞—射孔联作分段压裂技术在页岩气藏等非常规油气储层改造中的应用;研制出内通径较大的免钻型大通径桥塞来代替传统复合桥塞,从而避免施工后期的桥塞钻磨工序是国内外本领域科研技术人员急需做的。本文根据企业和现场需求设计了一种大通径桥塞,对其封堵性能、锚定机构锚定效果、工具自身对油气节流作用这三个决定其功能要求的关键问题进行了详细研究。总结本文的研究内容,具体包括以下几个方面:(1)对大通径桥塞功能要求进行分析,确定原理方案、完成大通径桥塞总体结构设计;对大通径桥塞主要零部件进行详细的结构设计;对大通径桥塞坐封工具的选择给出相关建议。(2)建立膨胀环沿膨胀锥爬行被胀开仿真分析和胶筒与套管接触压力仿真分析的有限元模型,分析胶筒应力、胶筒与套管接触压力随坐封载荷和胶筒硬度的变化规律,研究坐封载荷和胶筒硬度对大通径桥塞封堵性能的影响。对大通径桥塞封堵性能进行评价。探讨坐封载荷和胶筒硬度可能的最大值。(3)建立卡瓦与套管咬合作用仿真分析的有限元模型,求出卡瓦和套管应力云图及两者的接触压力云图,对卡瓦锚定效果进行分析与评价。选定对锚定效果影响较大的牙尖圆角半径、卡瓦锥角、卡瓦牙顶角三个参数为研究因素,分别分析它们对卡瓦锚定效果的影响,优选出锚定效果最佳时对应的结构参数。(4)采用CFD软件Fluent对大通径桥塞内部流场进行数值模拟,对大通径桥塞节流作用进行研究。结合本文主要研究内容,所取得的研究成果具体如下:(1)确定了大通径桥塞的原理方案、完成了总体结构设计。利用力学知识和有限元仿真分析对大通径桥塞主要零部件进行了详细的结构设计。对比常用桥塞坐封工具,结合所设计的大通径桥塞,对其坐封工具的选择给出了合理建议。(2)胶筒应力、胶筒与套管接触压力均随坐封载荷和胶筒硬度的增加而增加。胶筒最大应力位于其右端肩部,右端肩部出现向环空流动的肩凸现象。胶筒与套管最大接触压力位于胶筒右端肩部与套管接触处,约为65MPa,能够满足封堵60MPa环空压差的设计要求。胶筒右端肩部在隔绝井筒环空压差时起主要作用,其与套管接触压力越大,大通径桥塞封堵性能越好。大通径桥塞坐封载荷最大值应不超过182KN;胶筒硬度(HA)最大值应不超过88。(3)卡瓦牙齿与套管内壁咬合不均匀;轴向方向上端卡瓦牙齿与套管内壁咬合作用强于下端卡瓦牙齿与套管内壁咬合作用;纵向方向卡瓦牙齿与套管内壁咬合作用由牙齿中部向端部递减。卡瓦上端牙尖发生微小塑性变形,对其嵌入套管内壁影响不大;卡瓦根部不会发生断裂失效;套管不会发生永久性损伤。卡瓦7个牙齿均与套管内壁咬合,其中5个牙齿的牙尖嵌入进了套管内壁,卡瓦锚定效果较好。(4)卡瓦应力、套管应力、卡瓦与套管接触压力均随牙尖圆角半径的增加而降低,从牙尖圆角半径对卡瓦锚定效果的影响进行分析,优选出牙尖圆角半径的最佳取值范围为0.3~0.4mm;卡瓦应力、套管应力、卡瓦与套管接触压力均随卡瓦锥角的增加而增加,从卡瓦锥角对卡瓦锚定效果的影响进行分析,优选出卡瓦锥角的最佳取值范围为17°~20°;卡瓦应力、套管应力、卡瓦与套管接触压力均随卡瓦牙顶角的增加而降低,从卡瓦牙顶角对卡瓦锚定效果的影响进行分析,优选出卡瓦牙顶角的最佳取值范围为90°~95°。(5)采用CFD软件Fluent对大通径桥塞内部流场进行了数值模拟,结果显示:流场整体压力分布较为稳定,波动较小,压差变化不大,流道阻力相对较小;流场整体速度分布与变化符合实际;大通径桥塞节流压差较小,约为0.03MPa,节流作用不明显,满足功能要求。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE934.2

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