本文關鍵詞：煤層氣井井壁支撐器工作機理研究

  更多相關文章： 井壁支撐器 膠筒 井壁穩(wěn)定性 數(shù)值模擬 地應力 摩擦因數(shù)

【摘要】：隨著油氣能源不斷的減少,能源危機的日益加重,煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)天然氣的勘探和開發(fā)成為當今研究熱點問題。我國煤層氣已探明儲量與常規(guī)天然氣資源量相當,具有廣闊的開發(fā)前景。目前煤層氣開發(fā)主要以水平井與多分支井為主,但經常出現(xiàn)井壁煤屑掉落及井壁坍塌情況,固井施工中也常見水泥漿返高不達標以及水泥漿漏失污染煤層等問題。為了解決以上問題,本文基于與井壁支撐器具有相似原理的封隔器,設計完成了煤層氣井井壁支撐器。論述了國內外研究現(xiàn)狀,同時也對井壁的穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀進行了論述；確定了煤層氣井地應力計算方法與巖石斷裂準則,并對巖石斷裂準則進行了優(yōu)選；最后使用有限元軟件對井壁支撐器的工作過程進行了數(shù)值模擬。主要完成了以下工作：1、在不同潤滑條件下,對膠筒所用橡膠材料與井壁之間的摩擦因數(shù)進行了測定；2、對井壁支撐器的材料進行了拉伸試驗,對橡膠材料的應變能函數(shù)進行了擬合；3、設計了新型異型膠筒,并建立有限元分析模型,分析了不同主膠筒長度、肩寬以及密封條直徑對井壁支撐器坐封過程中力學性能的影響；4、建立井壁支撐器坐封過程中井壁穩(wěn)定性有限元分析模型,考慮多重因素情況下,對主膠筒幾何參數(shù)與井壁穩(wěn)定性之間關系進行了研究。通過實驗與數(shù)值模擬分析,得到以下結論。1、軸向載荷與轉速對摩擦因數(shù)影響較小,而接觸面之間的狀態(tài)對摩擦因數(shù)影響較大；2、隨著硬度的增加,橡膠材料的抗拉能力減弱,斷裂強度降低,彈性模量也隨之減��；泊松比基本在0.48左右；在80℃下,42CrMo的力學性能比40Cr的力學性能好。3、主膠筒與井壁接觸長度隨主膠筒長度、肩寬及密封條直徑增加而增加,最大接觸壓力隨長度增加而減小,隨肩寬增加而增大,坐封載荷在主膠筒坐封過程中起到重要作用；4、井眼處于煤層頂板和煤層中部時,井壁穩(wěn)定,處于頂板與煤層交界處,井壁失穩(wěn)；坐封后比坐封前井壁穩(wěn)定；隨著主膠筒肩寬與密封條直徑的增加,井壁穩(wěn)定系數(shù)先增大后減小。本文通過煤層氣井井壁支撐器工作機理的研究,對實際煤層氣的開發(fā)起到了參考的作用。
【關鍵詞】：井壁支撐器 膠筒 井壁穩(wěn)定性 數(shù)值模擬 地應力 摩擦因數(shù)
【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】：TE92
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究背景10
• 1.2 井壁支撐器的結構與工況介紹10-13
• 1.2.1 井壁支撐器的結構介紹10-11
• 1.2.2 井壁支撐器的工況介紹11-13
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 國內研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 課題研究目的及內容17-18
• 1.5 本文創(chuàng)新點18-19
• 第2章 地應力與巖石力學模型的確定19-30
• 2.1 概述19
• 2.2 地應力的確定方法19-23
• 2.2.1 測量法19-21
• 2.2.2 估算法21-23
• 2.3 地應力的測量23
• 2.4 井壁圍巖的應力分析23-24
• 2.5 巖石破壞準則的分析24-28
• 2.5.1 Mohr-Coulomb強度準則25-26
• 2.5.2 Drucker-Prager強度準則26-27
• 2.5.3 破壞準則的優(yōu)選27-28
• 2.6 煤層巖石力學參數(shù)的確定28-29
• 2.7 小結29-30
• 第3章 接觸體間摩擦因數(shù)的測定30-39
• 3.1 實驗目的30
• 3.2 實驗原理30
• 3.3 實驗內容30-31
• 3.4 實驗設備及材料31-34
• 3.4.1 實驗設備31-33
• 3.4.2 實驗材料33-34
• 3.5 實驗要求34
• 3.6 實驗數(shù)據(jù)采集34-35
• 3.7 井壁支撐器膠筒與井壁之間的摩擦因數(shù)測定35-37
• 3.7.1 煤巖在不同潤滑條件下的摩擦因數(shù)35
• 3.7.2 煤巖在不同軸向載荷下的摩擦因數(shù)35-36
• 3.7.3 煤巖在不同轉速下的摩擦因數(shù)36-37
• 3.8 其他接觸體間摩擦因數(shù)的測定37-38
• 3.8.1 膠筒與中心管、壓環(huán)之間摩擦因數(shù)的測定38
• 3.8.2 中心管與壓環(huán)之間摩擦因數(shù)的測定38
• 3.9 小結38-39
• 第4章 有限元理論及材料性能的檢測39-57
• 4.1 有限元分析論述39-42
• 4.1.1 有限元分析法39-40
• 4.1.2 非線性理論40-41
• 4.1.3 接觸問題41-42
• 4.2 橡膠材料的本構模型42-44
• 4.3 材料性能的檢測44-56
• 4.3.1 橡膠材料性能的檢測45-52
• 4.3.2 金屬材料性能的檢測52-56
• 4.4 小結56-57
• 第5章 膠筒結構設計及有限元分析57-78
• 5.1 膠筒的受力分析57-59
• 5.2 膠筒的結構設計59-60
• 5.3 模型的建立60-62
• 5.3.1 幾何模型的建立61
• 5.3.2 有限元模型的建立61-62
• 5.4 主膠筒不同結構參數(shù)對新型膠筒性能的影響62-74
• 5.4.1 主膠筒長度對新型膠筒性能的影響63-67
• 5.4.2 主膠筒肩寬對新型膠筒性能的影響67-70
• 5.4.3 密封條直徑對新型膠筒性能的影響70-74
• 5.5 不規(guī)則井眼對新型膠筒性能的影響74-75
• 5.6 新型膠筒坐封對鋼件的影響75-77
• 5.6.1 新型膠筒坐封對壓環(huán)的影響75-76
• 5.6.2 新型膠筒坐封對中心管的影響76-77
• 5.7 小結77-78
• 第6章 井壁支撐器坐封對井壁穩(wěn)定性的影響78-86
• 6.1 井眼位置的選擇78-80
• 6.1.1 井眼在煤層中部79
• 6.1.2 井眼在煤層與頂板交界處79-80
• 6.2 井壁支撐器坐封前后對井壁穩(wěn)定性的影響80-81
• 6.3 主膠筒結構參數(shù)對井壁穩(wěn)定性的影響81-84
• 6.3.1 主膠筒長度對井壁穩(wěn)定性的影響81-82
• 6.3.2 主膠筒肩寬對井壁穩(wěn)定性的影響82-83
• 6.3.3 密封條直徑對井壁穩(wěn)定性的影響83-84
• 6.4 不規(guī)則井眼對井壁的影響84-85
• 6.4.1 不規(guī)則井眼對井壁剪切應力的影響84-85
• 6.4.2 不規(guī)則井眼對井壁各主應力、穩(wěn)定系數(shù)的影響85
• 6.5 小結85-86
• 第7章 結論與建議86-88
• 7.1 結論86
• 7.2 建議86-88
• 致謝88-89
• 參考文獻89-92
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果92

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本文編號：822510