本文關(guān)鍵詞：水平井多封隔器壓裂管柱系統(tǒng)的強(qiáng)度及安全性評價(jià)

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【摘要】：在油氣開采技術(shù)不斷深入研究中,高產(chǎn)能的普通油藏越來越少,使得開采的低產(chǎn)能油氣藏越來越多。能否高效地開發(fā)低產(chǎn)能油氣田是我們應(yīng)該重點(diǎn)研究和攻克的難題,也是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。由于低產(chǎn)能油氣田的產(chǎn)能低、壓力低,在開采的過程中要不斷壓裂注水才能正常生產(chǎn)。為了解決上述低產(chǎn)能油氣藏凸顯出來的各種問題,起始于上世紀(jì)80年代的水平井壓裂技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,且直到現(xiàn)在才開始迅速地發(fā)展。由于開采的水平井越來越多,而相對應(yīng)的完井管柱的力學(xué)分析研究也成為了大家研究的重要對象,根據(jù)完井管柱的力學(xué)分析來給生產(chǎn)作業(yè)提供更好的指導(dǎo)。通過閱讀大量文獻(xiàn),總結(jié)出前人對于水平壓裂管柱力學(xué)的研究做了許多工作,但大多是研究只研究壓裂管柱的屈曲變形和摩擦阻力對水平井多封隔器壓裂管柱的安全順利下入,及壓裂管柱能夠順利上提的影響。針對水平井眼多段壓裂作業(yè)各個(gè)作業(yè)過程的管柱力學(xué)行為分析不多。本文希望能著重于水平井多封隔器壓裂管柱系統(tǒng)的具體工況下,對水平井壓裂管柱系統(tǒng)的強(qiáng)度和安全性做評價(jià)。首先針對水平井壓裂管柱的溫度計(jì)算模型進(jìn)行了研究,建立了壓裂液-管柱-地層非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)溫度場的數(shù)學(xué)模型,通過對現(xiàn)有的實(shí)例進(jìn)行計(jì)算得出：1.在對井眼溫度場的預(yù)測進(jìn)行研究之后認(rèn)為時(shí)間是溫度的主要影響因素,從作業(yè)開始,井眼溫度下降趨勢明顯。慢慢隨著時(shí)間推移,井眼溫度變化量減小,井眼和地層溫度差逐漸變?yōu)?。2.壓裂管柱內(nèi)壓裂液的溫度與井眼累計(jì)深度和軌跡相關(guān)使得垂直井眼段、造斜井眼段及水平井眼段的井眼溫度變化的趨勢是明顯有區(qū)別,表現(xiàn)為水平井眼段壓裂液溫度的升高趨勢最明顯,其次為斜井段,豎直井段的壓裂液溫度的上升幅度最小。接著通過研究水平井多封隔器壓裂管柱在壓裂施工作業(yè)中的各種效應(yīng)的影響后,認(rèn)為：在考慮管柱軸向變化過程中要重點(diǎn)考慮活塞力的影響。對于防止管柱提前解封、發(fā)生竄封和其他惡性故障的危險(xiǎn),降低封隔器管柱整體的安全可靠性等問題的研究提供了理論依據(jù)。在分析管柱和封隔器的相互作用力時(shí),將不同的管柱結(jié)構(gòu)類型分為自由運(yùn)動管柱、半運(yùn)動管柱和限制運(yùn)動管柱三種力學(xué)模型。評價(jià)不同管串結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和安全性,并進(jìn)行水平井多封隔器壓裂管柱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),將完井管柱分為單一管柱和復(fù)合管柱類型,并結(jié)合封隔器和油管之間的相互作用進(jìn)行了分析�？偨Y(jié)出單一管柱在不同管柱結(jié)構(gòu)類型的各種管柱效應(yīng)下的受力和變形情況,對軟件的使用具有指導(dǎo)意義。在對N個(gè)封隔器完井管串進(jìn)行研究過程中,利用馮建華的關(guān)于雙封隔器管柱的力學(xué)模型,轉(zhuǎn)化成多封隔器管柱的力學(xué)模型進(jìn)行分析,總結(jié)出了多封隔器管串中封隔器和油管之間相互作用力以及對管柱長度變化的影響。結(jié)合具體的完井作業(yè),分別對壓裂管柱在下入過程、錨定過程、坐封過程和壓裂過程中油管受到載荷與變形進(jìn)行研究,建立了水平井壓裂管柱在下入井底時(shí)的自重和液柱浮力作用下及錨定、坐封、壓裂過程中產(chǎn)生的軸向載荷和軸向應(yīng)力及管柱伸長量的數(shù)學(xué)模型。在進(jìn)行管柱的強(qiáng)度校核及安全性評價(jià)過程中考慮到管柱與地層熱應(yīng)力的影響,建立了綜合考慮熱應(yīng)力的數(shù)學(xué)模型,對油管的危險(xiǎn)點(diǎn),結(jié)合Von-Mises理論進(jìn)行研究,給出了完井管柱強(qiáng)度校核的基本方程。分析軟件的編寫能夠很好的評價(jià)具體井況,在不同管柱結(jié)構(gòu)下的各個(gè)作業(yè)階段的強(qiáng)度及安全性,給后續(xù)的完井管柱的設(shè)計(jì)及作業(yè)和施工提供指導(dǎo)意見。結(jié)合山西一口井現(xiàn)場提供的實(shí)際具體井況、管柱結(jié)構(gòu)和施工數(shù)據(jù)對該完井壓裂管柱的強(qiáng)度及安全性進(jìn)行了評價(jià),判斷出該完井壓裂管柱在壓裂作業(yè)的各個(gè)階段均是安全可靠的,可以滿足生產(chǎn)需要。在考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)管柱時(shí),借助軟件分析出在壓裂階段井口處的軸向應(yīng)力和Mises應(yīng)力最大,為危險(xiǎn)點(diǎn),結(jié)合復(fù)合管柱相對于單一管柱的優(yōu)點(diǎn),提出了將單一管柱原有的114.3mm,20.09kg/m的油管分成兩段管柱的復(fù)合管柱結(jié)構(gòu)：其中上段管柱單位重量為20.09kg/m,下段管柱重量為17.26kg/m。利用軟件對比分析了復(fù)合管柱在同種井況和施工作業(yè)數(shù)據(jù)情況下的井口依然為危險(xiǎn)點(diǎn),但安全系數(shù)由1.8617升高到2.08,減輕了管柱的整體重量,提高了該管柱的安全性,優(yōu)化了管柱。
【關(guān)鍵詞】：水平井 多封隔器 管柱 安全性 評價(jià)
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE934.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 管柱力學(xué)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 水平多段壓裂研究現(xiàn)狀13-18
• 1.4 本文的研究內(nèi)容18-20
• 1.5 研究思路及難點(diǎn)20
• 1.6 論文創(chuàng)新點(diǎn)20-21
• 第2章 壓裂管柱的溫度計(jì)算模型研究21-29
• 2.1 壓裂液-管柱-地層非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)研究21-26
• 2.2 實(shí)例計(jì)算分析26-29
• 第3章 完井管柱的變形及受力分析29-51
• 3.1 完井管柱基本效應(yīng)29-40
• 3.2 不同管柱結(jié)構(gòu)類型的力學(xué)模型40-43
• 3.3 單一管柱的計(jì)算43-45
• 3.4 復(fù)合管柱完井的各種效應(yīng)計(jì)算45-49
• 3.5 多級封隔器管串的結(jié)構(gòu)力學(xué)研究49-51
• 第4章 水平井封隔器分段壓裂管柱不同施工作業(yè)的力學(xué)研究51-66
• 4.1 管柱自重與變形分析52-53
• 4.2 錨定作業(yè)時(shí)管串的力學(xué)及變形分析53-54
• 4.3 坐封施工作業(yè)中油管力學(xué)研究54-55
• 4.4 水平井帶多個(gè)封隔器管柱的坐封錨定施工作業(yè)力學(xué)研究55-58
• 4.5 壓裂施工作業(yè)中管串的受力研究58-64
• 4.6 水平井帶多個(gè)封隔器管柱壓裂作業(yè)中力學(xué)研究64-66
• 第5章 完井管柱系統(tǒng)的強(qiáng)度校核66-74
• 5.1 常溫下管柱強(qiáng)度校核66-69
• 5.2 管柱及地層的熱應(yīng)力強(qiáng)度校核69-74
• 第6章 軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)74-88
• 6.1 軟件的開發(fā)語言簡介74-75
• 6.2 軟件系統(tǒng)的主要模塊75-80
• 6.3 實(shí)例計(jì)算及結(jié)果分析80-88
• 第7章 結(jié)論88-90
• 致謝90-91
• 參考文獻(xiàn)91-94
• 個(gè)人簡介94-95

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本文編號：763072