洗井过程力学问题研究及卡瓦结构参数对锚定性能影响分析

发布时间：2017-07-06 04:09

  本文关键词：洗井过程力学问题研究及卡瓦结构参数对锚定性能影响分析

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【摘要】：目前,大多数注水井都具有井深、大井斜角、高温高压等特点,长期在恶劣环境下工作易使管柱受力过大造成变形增大,导致洗井时管柱发生蠕动,影响封隔器分层效果以及管柱居中性能。针对上述问题,本文以大港油田分层注水项目为依托,对洗井过程中管柱力学状态和卡瓦、扶正器的工作状态及存在问题展开研究。为正确分析洗井过程中管柱力学问题,调研了工程中常用的管柱结构、洗井方式、洗井工艺,得出可能影响洗井效果的因素；通过建立杂质颗粒在洗井液中的力学模型,对洗井过程中洗井液速度与杂质颗粒的沉降末速度进行了研究,得出了洗井液具有携岩能力条件：洗井液上返速度必须是杂质颗粒沉降末速度的2倍。根据真实井眼轨迹建立管柱力学模型,综合考虑了管柱自重、液体压力、温度、摩阻力等因素对管柱受力的影响,采用叠加法研究管柱的力学问题,提出了不同位置处管柱轴力和累积变形的计算方法,分析了井深、压力、流量等因素对管柱轴力、变形的影响规律；工程实例结果显示,理论计算出的管柱轴力与现场数据误差为9.56%,符合工程要求。为减小洗井过程中管柱变形对其居中性的影响,本文研究了扶正器在注水井中的应用,根据结构原理分析了不同类型扶正器的特点和适用环境；利用傅里叶级数描述扶正器间管柱变形后的曲线,根据功能原理研究了不同模型下管柱变形后的挠度问题,提出了不同类型扶正器安装间距的确定准则。洗井时管柱变形可能会引起封隔器移动,位移过大可能导致分层失败,为防止封隔器移动量过大,本文对具有锚定作用的卡瓦进行了研究,根据卡瓦套管间的实际工作状态,分析了卡瓦套管间的力学传递关系,结果指出,卡瓦套管间的摩擦阻力与卡瓦锥角、卡瓦锥体间摩擦角等因素有关；利用ABAQUS模拟卡瓦真实工作状态,研究了不同压力作用下卡瓦的应力、应变分布规律,结果显示卡瓦工作中存在应力分布不均的问题；为改善卡瓦受力分布,通过ABAQUS对卡瓦锥角、牙面倾角等参数进行了研究,研究发现,当卡瓦锥角为4度、牙面倾角为0.4度、卡瓦材料摩擦角的正切值为0.1时,卡瓦锚定性能最好。
【关键词】：分层注水 洗井 扶正器 卡瓦
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE252.9
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 研究目的及意义10-11
• 1.3 国内外研究概况11-13
• 1.3.1 封隔器及卡瓦的研究现状11-12
• 1.3.2 扶正器的运用与发展历程12-13
• 1.4 主要研究内容及理论依据13-14
• 1.4.1 主要研究内容13-14
• 1.4.2 主要理论依据14
• 1.5 研究思路14-16
• 第2章 洗井过程相关力学模型研究16-48
• 2.1 主要洗井方式介绍16-18
• 2.2 洗井操作要求18-19
• 2.3 洗井过程常见问题及其影响因素研究19-20
• 2.3.1 洗井过程常见问题19
• 2.3.2 主要影响因素分析19-20
• 2.4 洗井液流量及相关问题研究20-24
• 2.4.1 悬浮颗粒的力学模型建立20-22
• 2.4.2 几种悬浮颗粒沉降末速度计算22-23
• 2.4.3 洗井液流量及洗井时间计算23-24
• 2.5 洗井过程管柱力学研究24-47
• 2.5.1 注水管柱结构介绍24-26
• 2.5.2 井眼轨迹简化26-27
• 2.5.3 洗井工况下管柱力学模型研究27-40
• 2.5.4 洗井工况下管柱变形量计算40-42
• 2.5.5 工程应用42-47
• 2.6 本章小结47-48
• 第3章 扶正器在注水管柱中应用研究48-60
• 3.1 扶正器的类型及选用48-51
• 3.1.1 主要性能参数48
• 3.1.2 弹性扶正器种类及适用范围48-50
• 3.1.3 刚性扶正器种类及适用范围50-51
• 3.2 带扶正器管柱的力学模型研究51-58
• 3.2.1 不考虑管柱初弯曲的力学模型研究51-54
• 3.2.2 考虑管柱初弯曲的力学模型研究54-56
• 3.2.3 三维模型56-58
• 3.3 扶正器最佳安装间距的确定58-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第4章 卡瓦工作状态下力学问题研究分析60-85
• 4.1 锥体、卡瓦锚定系统理论分析60-63
• 4.2 卡瓦计算模型建立63-69
• 4.2.1 物理模型建立63-67
• 4.2.2 接触及边界条件设定67-69
• 4.3 卡瓦工作过程仿真分析69-83
• 4.3.1 压力为2MPa时卡瓦应力分析69-71
• 4.3.2 压力为5MPa时卡瓦应力分布71-72
• 4.3.3 不同工作压力下卡瓦应力分析72-75
• 4.3.4 不同压力作用下卡瓦各齿应力应变规律研究75-81
• 4.3.5 套管应力应变规律研究81-83
• 4.4 本章小结83-85
• 第5章 卡瓦结构对锚定系统的影响研究85-99
• 5.1 卡瓦锥角对卡瓦受力的影响研究85-90
• 5.1.1 不同锥角下卡瓦应力分布规律研究86-89
• 5.1.2 不同锥角下卡瓦应变分布规律研究89-90
• 5.2 卡瓦牙面倾角对卡瓦受力的影响研究90-93
• 5.3 卡瓦锥体间静摩擦系数对卡瓦受力的影响研究93-96
• 5.4 改进参数后卡瓦受力问题研究96-97
• 5.5 本章小结97-99
• 第6章 结论99-101
• 致谢101-102
• 参考文献102-105
• 附录105-112
• 小17-27-1 井眼数据105-109
• 庄海4x1 井眼轨迹参数109-112
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果112

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本文编号：524671