本文關(guān)鍵詞： 大通徑橋塞 設(shè)計(jì) 接觸壓力 錨定 節(jié)流 仿真　出處：《長(zhǎng)江大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：橋塞—射孔聯(lián)作分段壓裂技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行頁(yè)巖氣藏等非常規(guī)油氣開發(fā)所使用的主要手段。但在此技術(shù)施工后期,需要利用連續(xù)油管連接磨銑工具鉆除橋塞以保障油氣返流時(shí)的暢通。復(fù)雜的橋塞鉆磨工序以及它所帶來(lái)的種種問(wèn)題限制了橋塞—射孔聯(lián)作分段壓裂技術(shù)在頁(yè)巖氣藏等非常規(guī)油氣儲(chǔ)層改造中的應(yīng)用;研制出內(nèi)通徑較大的免鉆型大通徑橋塞來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)復(fù)合橋塞,從而避免施工后期的橋塞鉆磨工序是國(guó)內(nèi)外本領(lǐng)域科研技術(shù)人員急需做的。本文根據(jù)企業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)需求設(shè)計(jì)了一種大通徑橋塞,對(duì)其封堵性能、錨定機(jī)構(gòu)錨定效果、工具自身對(duì)油氣節(jié)流作用這三個(gè)決定其功能要求的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)研究�？偨Y(jié)本文的研究?jī)?nèi)容,具體包括以下幾個(gè)方面:(1)對(duì)大通徑橋塞功能要求進(jìn)行分析,確定原理方案、完成大通徑橋塞總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);對(duì)大通徑橋塞主要零部件進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);對(duì)大通徑橋塞坐封工具的選擇給出相關(guān)建議。(2)建立膨脹環(huán)沿膨脹錐爬行被脹開仿真分析和膠筒與套管接觸壓力仿真分析的有限元模型,分析膠筒應(yīng)力、膠筒與套管接觸壓力隨坐封載荷和膠筒硬度的變化規(guī)律,研究坐封載荷和膠筒硬度對(duì)大通徑橋塞封堵性能的影響。對(duì)大通徑橋塞封堵性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。探討坐封載荷和膠筒硬度可能的最大值。(3)建立卡瓦與套管咬合作用仿真分析的有限元模型,求出卡瓦和套管應(yīng)力云圖及兩者的接觸壓力云圖,對(duì)卡瓦錨定效果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。選定對(duì)錨定效果影響較大的牙尖圓角半徑、卡瓦錐角、卡瓦牙頂角三個(gè)參數(shù)為研究因素,分別分析它們對(duì)卡瓦錨定效果的影響,優(yōu)選出錨定效果最佳時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。(4)采用CFD軟件Fluent對(duì)大通徑橋塞內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)大通徑橋塞節(jié)流作用進(jìn)行研究。結(jié)合本文主要研究?jī)?nèi)容,所取得的研究成果具體如下:(1)確定了大通徑橋塞的原理方案、完成了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。利用力學(xué)知識(shí)和有限元仿真分析對(duì)大通徑橋塞主要零部件進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)比常用橋塞坐封工具,結(jié)合所設(shè)計(jì)的大通徑橋塞,對(duì)其坐封工具的選擇給出了合理建議。(2)膠筒應(yīng)力、膠筒與套管接觸壓力均隨坐封載荷和膠筒硬度的增加而增加。膠筒最大應(yīng)力位于其右端肩部,右端肩部出現(xiàn)向環(huán)空流動(dòng)的肩凸現(xiàn)象。膠筒與套管最大接觸壓力位于膠筒右端肩部與套管接觸處,約為65MPa,能夠滿足封堵60MPa環(huán)空壓差的設(shè)計(jì)要求。膠筒右端肩部在隔絕井筒環(huán)空壓差時(shí)起主要作用,其與套管接觸壓力越大,大通徑橋塞封堵性能越好。大通徑橋塞坐封載荷最大值應(yīng)不超過(guò)182KN;膠筒硬度(HA)最大值應(yīng)不超過(guò)88。(3)卡瓦牙齒與套管內(nèi)壁咬合不均勻;軸向方向上端卡瓦牙齒與套管內(nèi)壁咬合作用強(qiáng)于下端卡瓦牙齒與套管內(nèi)壁咬合作用;縱向方向卡瓦牙齒與套管內(nèi)壁咬合作用由牙齒中部向端部遞減�？ㄍ呱隙搜兰獍l(fā)生微小塑性變形,對(duì)其嵌入套管內(nèi)壁影響不大;卡瓦根部不會(huì)發(fā)生斷裂失效;套管不會(huì)發(fā)生永久性損傷�？ㄍ�7個(gè)牙齒均與套管內(nèi)壁咬合,其中5個(gè)牙齒的牙尖嵌入進(jìn)了套管內(nèi)壁,卡瓦錨定效果較好。(4)卡瓦應(yīng)力、套管應(yīng)力、卡瓦與套管接觸壓力均隨牙尖圓角半徑的增加而降低,從牙尖圓角半徑對(duì)卡瓦錨定效果的影響進(jìn)行分析,優(yōu)選出牙尖圓角半徑的最佳取值范圍為0.3~0.4mm;卡瓦應(yīng)力、套管應(yīng)力、卡瓦與套管接觸壓力均隨卡瓦錐角的增加而增加,從卡瓦錐角對(duì)卡瓦錨定效果的影響進(jìn)行分析,優(yōu)選出卡瓦錐角的最佳取值范圍為17°~20°;卡瓦應(yīng)力、套管應(yīng)力、卡瓦與套管接觸壓力均隨卡瓦牙頂角的增加而降低,從卡瓦牙頂角對(duì)卡瓦錨定效果的影響進(jìn)行分析,優(yōu)選出卡瓦牙頂角的最佳取值范圍為90°~95°。(5)采用CFD軟件Fluent對(duì)大通徑橋塞內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示:流場(chǎng)整體壓力分布較為穩(wěn)定,波動(dòng)較小,壓差變化不大,流道阻力相對(duì)較小;流場(chǎng)整體速度分布與變化符合實(shí)際;大通徑橋塞節(jié)流壓差較小,約為0.03MPa,節(jié)流作用不明顯,滿足功能要求。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE934.2

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本文編號(hào)：1480772