本文關(guān)鍵詞：水平井分層壓裂可鉆橋塞技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,隨著人類對油氣資源的增速耗竭和油氣田勘探開發(fā)的縱深發(fā)展,低滲油氣藏、頁巖氣、致密油等非常規(guī)油氣資源將成為未來石油天然氣能源的主流。據(jù)資料統(tǒng)計,我國低滲油氣藏已探明儲量近60億噸,已經(jīng)動用儲量近30億噸,近50%的探明低滲透儲量由于產(chǎn)能低開采效益差難以動用,需實施非常規(guī)分層壓裂酸化技術(shù)進行儲層改造。可鉆式復合橋塞分層壓裂技術(shù),具有不受分層壓裂層數(shù)及位置的限制、不易產(chǎn)生砂卡、工具管串結(jié)構(gòu)簡單、一趟鉆除橋塞施工方便解封堵快、井筒暢通利于后續(xù)施工等優(yōu)點,目前已作為國內(nèi)外對致密頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)使用的主體儲層改造技術(shù)而得到廣泛應(yīng)用,并取得了顯著的增產(chǎn)效果。其中復合材料橋塞和速鉆磨鞋是該技術(shù)的核心工具,因此,該工具坐封和快速解除的可靠性與安全性是橋塞分段壓裂成敗的首要條件。國外復合材料制造技術(shù)先進、性能優(yōu)良,處于技術(shù)領(lǐng)先地位；而復合材料橋塞及速鉆磨鞋在國內(nèi)的研究起步較晚,復合橋塞技術(shù)水平不夠完善,為滿足國內(nèi)對非常規(guī)油氣資源的開發(fā)急需,迫切需自主研發(fā)出具有耐高溫高壓、鉆磨效率高的新型速鉆復合橋塞及其速鉆磨鞋。因此,論文開展的研究工作有：基于上述背景,本文針對焦石油田頁巖氣套管井的特定條件,創(chuàng)新設(shè)計出了一套新型復式單卡瓦速鉆橋塞與異形切削刃速鉆磨鞋,并完善配套了其施工工藝技術(shù)。在該套工具的設(shè)計過程中：首先就國內(nèi)外有關(guān)復合材料橋塞及速鉆磨鞋的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況展開調(diào)研,收集并能動地消化多種結(jié)構(gòu)尺寸的復合橋塞相關(guān)專利和文獻資料,確立了設(shè)計方案,并完善配套了其工藝技術(shù)；通過研究橋塞、套管、磨鞋的相互作用機理,創(chuàng)新設(shè)計出了具有復式卡瓦結(jié)構(gòu)及膠筒防突結(jié)構(gòu)的可鉆復合橋塞,并基于隨機理論,創(chuàng)新設(shè)計出了異形切削刃速鉆磨鞋。該套工具防突效果明顯,承載與密封能力大幅增強,可實現(xiàn)快速磨銑解除,能適應(yīng)70-90MPa壓裂施工井型�；赟olidWorks對工具部件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維實體建模以及虛擬樣機的工作行為仿真,證明結(jié)構(gòu)合理,能實現(xiàn)其工作原理。基于有限元利用大變形不可壓縮理論對橡膠材料試驗數(shù)據(jù)進行處理以及仿真模擬；探討了橋塞組合式膠筒各結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能的影響規(guī)律；取各結(jié)構(gòu)參數(shù)的幾個較優(yōu)水平進行正交分析,以最大接觸應(yīng)力為評定標準,進而確定各結(jié)構(gòu)參數(shù)的主次影響關(guān)系及最優(yōu)配合；并對膠筒防突結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計；建立了錨定系統(tǒng)有限元仿真模型,將鑲齒卡瓦與銑齒卡瓦進行性能對比,并優(yōu)化設(shè)計了復式銑齒卡瓦的結(jié)構(gòu)參數(shù)。同時,對本次所設(shè)計的速鉆磨鞋的切削齒進行了切削性能分析,利用有限元分析軟件,建立了仿真模型,并進行有限元模型驗證分析；確定了切削齒切削性能評價指標；探究了切削齒的切削深度、切削轉(zhuǎn)速等對切削齒的切削效率影響規(guī)律,并對比分析了三種切削齒在不同的切削深度、切削轉(zhuǎn)速下的切削性能,對鉆井參數(shù)的設(shè)定具有一定的指導性意義。
【關(guān)鍵詞】：分層壓裂 復合材料橋塞 速鉆磨鞋 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 力學分析
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE357.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 研究的背景及意義8-9
• 1.2 水平井橋塞分層壓裂技術(shù)現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容及思路14-17
• 1.3.1 本文研究的主要內(nèi)容14-15
• 1.3.2 本文的研究思路15-17
• 第2章 水平井可鉆橋塞系統(tǒng)工具及工藝技術(shù)研究17-55
• 2.1 復合橋塞工具技術(shù)簡介17-21
• 2.1.1 復合材料橋塞的結(jié)構(gòu)及工作原理17-20
• 2.1.2 復合橋塞的技術(shù)特點20-21
• 2.2 復合橋塞結(jié)構(gòu)設(shè)計21-41
• 2.2.1 鎖緊裝置設(shè)計21-22
• 2.2.2 新型膠筒設(shè)計22-32
• 2.2.3 卡瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計32-38
• 2.2.4 丟手機構(gòu)設(shè)計38-39
• 2.2.5 剪斷銷釘?shù)脑O(shè)計39-40
• 2.2.6 中心管的設(shè)計40-41
• 2.3 鉆磨橋塞技術(shù)研究41-50
• 2.3.1 本體設(shè)計42-43
• 2.3.2 切削齒設(shè)計43-45
• 2.3.3 速鉆磨鞋45-47
• 2.3.4 速鉆磨鞋工具的設(shè)計計算47-50
• 2.4 水平井橋塞分層壓裂工藝技術(shù)50-53
• 2.5 本章小結(jié)53-55
• 第3章 橋塞主要零部件有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化55-86
• 3.1 橋塞密封系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計55-73
• 3.1.1 橡膠本構(gòu)關(guān)系理論55-57
• 3.1.2 橡膠實驗數(shù)據(jù)處理57-61
• 3.1.3 模型建立61-62
• 3.1.4 膠筒結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化62-71
• 3.1.5 膠筒“防突”結(jié)構(gòu)設(shè)計分析71-73
• 3.2 卡瓦的優(yōu)化設(shè)計73-84
• 3.2.1 卡瓦和套管材料本構(gòu)關(guān)系研究73-74
• 3.2.2 模型建立74-75
• 3.2.3 鑲齒卡瓦與銑齒卡瓦性能對比75-77
• 3.2.4 銑齒卡瓦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化77-83
• 3.2.5 卡瓦承載性能分析83-84
• 3.3 本章小結(jié)84-86
• 第4章 切削齒的切削性能分析86-98
• 4.1 切削齒的切削性能評價指標86-87
• 4.2 有限元模型的參數(shù)選擇87-92
• 4.2.1 幾何模型及材料模型的建立87-89
• 4.2.2 網(wǎng)格的劃分及切削參數(shù)的設(shè)置89-90
• 4.2.3 切削加工有限元模型的驗證90-92
• 4.3 仿真結(jié)果及分析92-97
• 4.3.1 回轉(zhuǎn)切削力作用下鑄鐵應(yīng)力-應(yīng)變分析92-93
• 4.3.2 回轉(zhuǎn)切削鑄鐵過程中切削齒受力分析93-94
• 4.3.3 切削齒切削性能分析94-97
• 4.4 本章小結(jié)97-98
• 第5章 結(jié)論與建議98-100
• 5.1 結(jié)論98-99
• 5.2 建議99-100
• 致謝100-101
• 參考文獻101-106
• 附錄106-107
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果107

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本文編號：254874