目前投球式壓裂技術(shù),由于套管的尺寸是固定的,而投球和球座尺寸在有限的空間內(nèi)從下到上按由小到大的順序變動(dòng)著,因此單趟管柱壓裂層數(shù)極其有限,往往不能滿足多層壓裂的要求,同時(shí)施工操作程序嚴(yán)苛,投球順序必須嚴(yán)格按照從小到大的順序依次投放,否則會(huì)出現(xiàn)漏層現(xiàn)象,嚴(yán)重影響施工質(zhì)量、施工效果,甚至出現(xiàn)壓裂事故,造成嚴(yán)重?fù)p失。針對(duì)這個(gè)多年困擾施工單位的“老、大、難”問題,本文以投球式壓裂工具為原型,研究出了一套真正意義上的多層(理論上可無限層)壓裂技術(shù)——“多層壓裂自動(dòng)控制裝置”。論文以傳統(tǒng)的投球滑套式多層壓裂工具為研究對(duì)象,分析了其自身存在的嚴(yán)重問題——壓裂層數(shù)有限以及投球順序嚴(yán)苛,在此基礎(chǔ)之上,創(chuàng)新性地提出了本次設(shè)計(jì)的核心思想——以可變徑球座代替原有的固定球座,開發(fā)研制出了多層壓裂自動(dòng)控制裝置。在整套壓裂管柱中,除分層壓裂控制器外,其他輔助裝置仍然采用原有的零部件。論文運(yùn)用彈性力學(xué)、管柱力學(xué)和材料力學(xué)等學(xué)科知識(shí)對(duì)整套管柱進(jìn)行了力學(xué)分析以及強(qiáng)度校核,并利用MATLAB編程功能自主編制了壓裂管柱受力分析的程序。針對(duì)多層壓裂管柱中的核心部件分層壓裂控制器進(jìn)行了分析,利用AutoCAD與SolidWorks軟件的建模功能,對(duì)分層壓裂控制器中的核心零部件進(jìn)行了模型的建立,根據(jù)壓裂管柱施工的實(shí)際工況,采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)分層壓裂控制器中的核心零部件進(jìn)行了有限元模型的建立,并分析了其在實(shí)際工況下的應(yīng)力和強(qiáng)度等問題,保障了分層壓裂控制器在壓裂施工過程中的安全性與可靠性�？紤]到可變徑球座處是壓裂管柱內(nèi)通道直徑最小處,容易受到?jīng)_蝕影響,因此運(yùn)用ICEM CFD軟件網(wǎng)格劃分功能與FLUENT流體仿真計(jì)算功能對(duì)可變徑球座處流體域的有限元模型進(jìn)行了沖蝕分析,確保了可變徑球座能夠與壓裂小球正常配合,完成壓裂施工工作。同時(shí)論文根據(jù)分層壓裂控制器工作環(huán)境要求,對(duì)控制系統(tǒng)中的核心零部件進(jìn)行了選型;并基于分層壓裂控制器工作原理,以C語言為編程語言,Keil uVision3軟件為程序編寫平臺(tái)對(duì)分層壓裂控制器的控制程序進(jìn)行了編寫,并利用Proteus軟件的仿真功能對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了程序控制仿真。根據(jù)設(shè)計(jì)的分層壓裂控制器試制了樣機(jī)模型,并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn),試驗(yàn)效果良好,達(dá)到了預(yù)期要求,為后續(xù)的試驗(yàn)、推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE934.2;TP273
【部分圖文】：

質(zhì)可以分為水力壓裂和高能氣體兩大類；但由于本次研究的多層壓裂自動(dòng)控制裝置是采用水作為介質(zhì)進(jìn)行傳遞壓力，因此高能氣體類壓裂工藝技術(shù)本文不做介紹，這里主要對(duì)水力壓裂工藝技術(shù)進(jìn)行介紹。如下圖1.1所示為水力壓裂工藝現(xiàn)場(chǎng)示意圖，為了在壓裂時(shí)得到較高的壓力值，因此在壓裂現(xiàn)場(chǎng)會(huì)配備專門的水力壓裂泵車。當(dāng)油氣層產(chǎn)生裂縫之后，若泵車停止提供壓力，由于土壤的退讓性，會(huì)使得產(chǎn)生的裂縫愈合，故在壓裂現(xiàn)場(chǎng)一般還會(huì)配備專門的混砂車，將密度比地層土壤、巖石大數(shù)倍的砂子混入壓裂液中，一起由泵車泵入油氣層，并最終停留在壓裂形成的裂縫中，起到支撐的作用，使得裂縫一直保持開啟狀態(tài)，這樣油氣層中的油氣資源就可以順利到達(dá)采油裝置了。由于壓裂工藝技術(shù)的極大優(yōu)勢(shì)，為油田帶來了巨大收益，因此壓裂工藝隨著油田的發(fā)展已經(jīng)成為了一項(xiàng)成熟的工藝技術(shù)

必然受力也不同，因此，為研究單個(gè)分層壓裂控制器在壓裂管柱中的受力情況，必須首先找到整個(gè)多層壓裂管柱中最危險(xiǎn)的位置點(diǎn)，然后再分析此處分層壓裂控制器的受力情況，下圖2.3中所示的是分層壓裂控制器在壓裂管柱中的受力分析圖。a 壓裂管柱受力圖 b 危險(xiǎn)點(diǎn)處分層壓裂控制器受力圖1-扶正器；2-油管柱；3-分層壓裂控制器；4-套管圖 2.3 分層壓裂控制器受力分析圖

[40]來計(jì)算彎曲對(duì)管柱的影響。取壓裂管柱一微元段受力分析，結(jié)果如圖2.4所示：圖 2.4 三維管柱微元受力分析圖根據(jù)上述三維管柱微元受力分析圖，列寫微分平衡方程，可以得到如下六個(gè)壓裂管柱微分單元在三維上的靜力平衡方程：
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2835474