【摘要】：國內(nèi)大多數(shù)油田開發(fā)已經(jīng)進入中后期,油層含水量逐漸上升,層問矛盾加劇,為了增加石油產(chǎn)量,提高油田生產(chǎn)效益,油田的增產(chǎn)措施由層間轉(zhuǎn)為大厚層內(nèi)的薄差油層開采,而現(xiàn)有的分層注水工藝無法滿足層內(nèi)薄差油層精細分層注水需求,其原因主要由于分層注水封隔器膠筒長度過小,在封隔器坐封時由于管柱竄動、磁定位誤差的影響,無法確定封隔器具體的坐封位置,為此需要研究一種用于大厚層內(nèi)卡封的長膠筒封隔器,通過對薄夾層的反向封隔,達到對設定層段的有效坐封；與此同時,由于封隔器的坐封層段已經(jīng)射開,射孔后的套管內(nèi)壁會出現(xiàn)不規(guī)則甚至有刺向內(nèi)部的殘片,使長膠筒膨脹坐封時有可能劃破膠筒造成卡封失敗。因此,我們有必要對封隔器工作時膠筒的受力情況進行研究,分析膠筒的應力分布規(guī)律,從而為長膠筒封隔器在現(xiàn)場應用提供指導意見。本文根據(jù)擴張式注水封隔器原理,主要針對K344-112型,膠筒長度為720mm、970mm兩種長膠筒封隔器,膠筒材料均為氫化丁腈,采用Mooney-Rivlin本構(gòu)模型,運用有限元分析方法按照封隔器在坐封和注水兩種工況下,分別對常規(guī)條件及套管射孔條件下的封隔器進行坐封數(shù)值模擬研究。分析結(jié)果表明,長膠筒封隔器在坐封過程中,膠筒下端首先脹開,中端及上端隨著壓力增大逐漸脹開,膠筒整體脹開不均勻；在常規(guī)條件下,封隔器膠筒在坐封后的應力集中區(qū)出現(xiàn)在膠筒的肩部；其中,膠筒下肩部應力集中現(xiàn)象尤為明顯,膠筒等效應力最大值在膠筒許用應力以內(nèi),膠筒不會被破壞。當封隔器坐封于炮眼段時,膠筒在肩部、毛刺部位均發(fā)生應力集中現(xiàn)象；其中,在膠筒上端與炮眼接觸時,720mm膠筒最大等效應力值出現(xiàn)在下肩部,970mm膠筒最大等效應力值位于上肩部；膠筒中部、下端分別與炮眼接觸時,膠筒最大等效應力值均在下肩部；封隔器在坐封后,只有膠筒在注水壓力8MPa-12MPa下膠筒等效應力最大值在膠筒許用應力以內(nèi),膠筒不會被破壞。根據(jù)有不同條件下封隔器力學分析可知,無論封隔器坐封于炮眼段或是未射孔套管,膠筒均在肩部發(fā)生應力集中,其中下肩部應力集中現(xiàn)象最明顯,而發(fā)生應力集中的主要原因是由于補償結(jié)構(gòu)的影響。由此可見,在對膠筒尺寸優(yōu)化以減輕應力集中的同時,也應該對補償結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果,720mm膠筒封隔器在膠筒接觸傾角A=31.127。,膠筒內(nèi)徑R1=75.472mm,膠筒外徑R2=111.39mm,補償結(jié)構(gòu)DT=0.0649mm時結(jié)構(gòu)最優(yōu)；優(yōu)化后膠筒最大等效應力為8.837MPa,比未優(yōu)化膠筒低5.085MPa,封隔器結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化良好；970mm膠筒封隔器在膠筒接觸傾角A=38.44。,膠筒內(nèi)徑R1=75.925,膠筒外徑R2111.98,補償結(jié)構(gòu)DT=0.0459mm時結(jié)構(gòu)最優(yōu)；優(yōu)化后膠筒最大等效應力為11.272MPa,比未優(yōu)化膠筒低3.038MPa,封隔器結(jié)構(gòu)優(yōu)化良好。
【圖文】：

其膠筒長度分別為７２０ｍｍ、９７０ｍｍ；擋碗長度為ｌｌＯｍｍ；由于膠筒長度過逡逑長，在膠筒加工時需要預留ｌＯｉｎｉｎ的余量Ｗ便封隔器組裝，封隔器的基本結(jié)構(gòu)如逡逑圖１－１所示。逡逑Ｌ邐（＝：邐＾邐、７邐＿＿＿－１＾逡逑／邋／邋＾＝＾＾１逡逑１邐２邐３邐４邐５邐６邐１邐．逡逑定．逡逑１－上接頭２－上擋碗３－中也管４－膠筒５－下?lián)跬耄叮瓊饕嚎祝罚陆宇^逡逑圖１－１Ｋ３４４－１１２型長膠筒封隔器結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ邋１－１邋Ｋ３４４－１１２邋ｌｏｎｇ邋ｒｕｂｂｅｒ邋ｔｕｂｅ邋ｐａｃｋｅｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑工作原理：坐封時，水經(jīng)中也管３上的傳液孔６進入膠筒４與中屯、管３之間逡逑的環(huán)形密封腔，當油套壓差大于０．５ＭＰａ時，膠筒４膨脹坐封；其中下?lián)跬耄悼桑保掊�，逡逑沿下接頭７上行１０ｍｍ。解封時，當油套壓力平衡時，封隔器即可解封。逡逑１．４本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點逡逑１．４．１主要研究內(nèi)容逡逑本文Ｗ某油田Ｋ３４４－１１２型長膠簡封隔器為研究對象，膠筒長度分別為７２０ｍｍ、逡逑９７０ｍｍ，膠筒材料為氨化下臘橡膠，邵氏硬度９０，許用抗拉強度２８Ｍ化。通過運逡逑用ＡＮＳＹＳ有限元分析軟件在封隔器卡封層段己經(jīng)射開的情況下，分別對封隔器坐逡逑封過程、注水過程兩種工況中膠筒的受力進行數(shù)值模擬。分析長膠筒在不同情況下逡逑的受力狀況，對應力集中區(qū)域進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改進應為集中區(qū)域的結(jié)構(gòu)。本文具體逡逑解決下幾個問題：

其中膠筒下端的作用力是由于封隔器補償結(jié)構(gòu)（如圖１－１）的原因，當油管內(nèi)流體逡逑由傳液化進入環(huán)形密封腔同時作用于擋碗結(jié)構(gòu)，推動擋碗向上移動，作用力大小等逡逑于油管內(nèi)壓力Ｐｉ，，膠筒在坐封過程中的受力分析如圖２－１邋（ａ）所示；在注水過程逡逑中，由于封隔器己經(jīng)坐封完畢，此時膠筒內(nèi)腔受Ｐｉ，膠筒外部受上注水壓力Ｐｕ及逡逑下注水壓力Ｐｄ，膠筒在注水過程中的受力分析如圖２－１邋（ｂ）所示。逡逑RG邐Ｗ逡逑二二Ｉ邐二是逡逑Ｐ１號逡逑二二邐：毒逡逑一一Ｉ邐二逡逑一一邋Ｉ邐哥；：逡逑明Ｗ逡逑（ａ）坐封過程邐（ｂ）注水過程逡逑圖２－１膠筒受力分析示意圖逡逑Ｆｉｇ邋２－１邋Ｒｕｂｂｅｒ邋ｔｕｂｅ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑９逡逑
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE931.2

【參考文獻】

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本文編號：2580877