• / 3
  • 下载费用:1 下载币  

QK-水平井分段压裂封隔器研制与封隔性能分析

关 键 词:
压裂液处理 分段压裂 压裂技术 压裂作业
资源描述:

2012年 第 41卷第 5期 第 86页石 油 矿 场 机 械OIL FIELD EQUIPMENT2012,41(5):86~88文章编号 :1001-3482(2012)05-0086-03水平井分段压裂封隔器研制与封隔性能分析刘林1,陈和平2,李永革2,王琴1(1.西南石油大学 机电工程学院,成都610500;2.中国石油长城钻探工程有限公司 工程技术研究院,辽宁 盘锦124010)①摘要 :在国内外封隔器研究成果的基础上 ,结合分析水平井分段压裂技术 ,设计出一种新型水平井分段压裂封隔器 。介绍了该封隔器的应用工况 、主要结构和工作原理 ,采用几何 、材料非线性接触问题的方法建立封隔器的力学模型 ,通过应用ABAQUS软件模拟封隔器胶筒的坐封情况 ,为封隔器结构改进提供了理论依据 。对进一步提高封隔器的理论研究水平 、减少井下事故 、提高油气勘探开发效率 、降低生产成本等具有重要意义 。关键词 :封隔器 ;胶筒 ;有限元分析 ;ABAQUS中图分类号 :TE931.2   文献标识码 :ADevelopment and the SealingPerformance Analysis ofPacker on the Horizontal Section FracturingLIU Lin1,CHEN He-ping2,LI Yong-ge2,WANG Qin1(1.College ofMechanical Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu610500,China;2.EngineeringTechnologyResearch Institute,GWDC,Panjin124010,China)Abstract:On the bases of packer system’s research results at home and abroad,through the analy-提 ,把钻铤放进锤砧内 ,进行砸导管作业 (如图4),如此往复 。随着339.7mm导管下入地层深度的加深 ,锤头离锤砧的距离也逐步提高 (加大冲击力 ),经过20min,使导管到达设计位置 。a 准备砸导管b 锤头砸到锤砧图 4砸导管作业5 结语现场应用证明 :砸导管装置能砸入399.7mm导管10~12m,砸夯平稳 ,对中性好 ,每口井施工周期缩短约0.5d;同时减少了固井作业 ,每口井施工节约成本约¥3万元 。多部钻机可通用 ,因此 ,该装置具有良好的推广前景 。参考文献 :[1]卢世深 ,林亚超 .桩基础的计算和分析 [M].北京 :人民交通出版社 ,1987.[2]高胜 ,刘跃宝 ,常玉连 ,等 .卡瓦承载部件相关参数分析 [J].石油矿场机械 ,2010,39(3):28-32.[3]陈若铭 ,陈森强 ,王新东 ,等 .套管头卡瓦力学分析 [J].石油矿场机械 ,2011,40(5):10-13.① 收稿日期 :2011-11-19作者简介 :刘林 (1984-),男 ,四川内江人 ,硕士研究生 ,主要从事油气田地面工程与石油天然气装备及流体机械研究 ,E-mail:liulin19840211@163.com。sis of horizontal piecewise fracturingtechnology,a new type of Multi-cylinder Packer was de-signed.This paper introduced plastic tube packer application condition,main structure and work-ingprinciple.The packer mechanical model established,through application of ABAQUS softwareto simulate the sealingcondition of the packer,as the theorybasis of the improved structure of thepacker.There would be very important signification for improving the research level,reducingthedown-hole accident,increasingthe exploringand developingefficiencyof oil and gas,cuttingdownthe production cost,and so on.Keywords:packer;fracturing;finite element analysis;ABAQUS封隔器在石油开采过程中使用非常广泛 ,例如油井分层注水 、分层开采 、分层酸化及水平井分段压裂中都会用到 ,其封隔性能直接影响分层和分段工艺的实现 。鉴于封隔器在油田生产的重要性 ,因此研究封隔器对提高油气井的产量具有重要意义 。近年来在封隔器设计上 ,现代机械设计及自动化分析软件得到越来越普遍的应用[1-4],计算机仿真技术的应用降低了封隔器研制成本 ,缩短了开发周期 ,提高了产品的综合性能 。1 技术分析1.1 结构水平井分段压裂用封隔器主要由油管扣 、中心管 、定位壳体 、防变形环 、隔环 、胶筒组 、力传递环 、一级活塞 、外壳体 、加长中心管 、力传递筒 、二级活塞 、连接段 、下接头等组成[5-6],其结构如图1所示 。1—油管扣 ;2—中心管 ;3—定位壳体 ;4—防变形环 ;5—隔环 ;6—胶筒组 ;7—力传递环 ;8—一级活塞 ;9—外壳体 ;10—加长中心管 ;11—力传递筒 ;12—二级活塞 ;13—连接段 ;14—下接头图 1水平井分段压裂用封隔器结构1.2 工作原理在水平井分段压裂工艺中 ,该封隔器和滑套一起配套组合为水平井分段压裂工具 ,2个封隔器间安装滑套 。水平井分段压裂封隔器按工艺要求连接 ,向管柱内泵入高压流体介质 ,高压流体介质从油管扣的方向流经传压孔 ,分别作用一级 、二级活塞 ,压力通过连接件传递使胶筒组压缩到位 ,封隔井筒的环形空间 ;然后投球打开滑套 ,对该段进行压裂 。当压裂工艺完成时 ,流体介质从管柱环空进入反排出钢球 ,最后提起管柱 ,完成水平井压裂工艺[7-9]。1.3 性能特点1)该封隔器为压缩式裸眼封隔器 ,结构简单 ,封隔可靠 ,使用安全 ,克服了原来裸眼封隔器长胶筒加工难和密封强度低的问题 。2)胶筒两端设计有金属变形限位机构 ,可以防止胶筒过压后翻转变形 ,该结构具有工作压力越大密封强度越高的特点 。3)该封隔器属于2级增压 ,同样的介质压力能够提供更大的轴向压力 ,利于胶筒压缩到位 。1.4 技术参数最大外径145mm最小内通径76mm总长度1 585mm最大耐压70MPa2 封隔性能分析2.1 模型建立封隔器是轴对称的[10],经过分析 ,建立如图2所示的计算模型 。图 2封隔器计算模型1)条件假设橡胶类材料表现出弹性和高度非线性 ,这种材料特性成为超弹性 。作如下假设 :材料为弹性 ;材料为各向同性 ;材料默认为不可压缩 ;模拟将包括几何非线性效应[11]。2)设置材料中心管 、隔环和压环的材料为35CrMo,钢密度为7 800kg/m3,弹性模量为2.1×105 MPa,泊松比为0.3;岩石密度为2 300kg/m3,弹性模量为6×103 MPa,泊松比为0.24[12]。橡胶·78·第 41卷第 5期刘林 ,等 :水平井分段压裂封隔器研制与封隔性能分析为超弹性材料 ,使用Yeoh[13]模型来模拟橡胶材料 ,温度均为120℃,试验数据如表1。表 1橡胶材料试验数据橡胶硬度应力 /Pa应变橡胶硬度应力 /Pa应变中间胶筒邵氏硬度75325 465  01 244 580 0.134 241 835 500 0.255 262 738 540 0.353 963 483 200 0.428 364 224 100 0.486 964 974 680 0.541 82两端胶筒邵氏硬度85325 465  01 234 860 0.111 961 971 600 0.212 602 712 240 0.294 843 465 320 0.361 584 213 240 0.415 784 974 120 0.459 443)定义接触法向属性 (Normal Behavior)为默认设置 ;切向属性 (Tangential Behavior)将主要摩擦公式设置为罚函数 (Penalty)[14]。4)边界条件如图2所示 ,中心管两端 、左压环和井壁左右两端处U2为0;图2中井壁上侧U1为0。其中 ,U1为图中竖直方向的位移 ;U2为图中水平方向的位移 。5)载荷处理将2级增压的封隔器产生的力等效为1个压力载荷直接加载到右端的压环上 ,胶筒坐封压力为45MPa。2.2 结果分析在45MPa的介质压力作用下 ,胶筒的变形如图3所示 。主胶筒起主要密封作用 ,两端胶筒起辅助作用 。由于该封隔器应用于裸眼井中 ,实际的井壁并不是一个光滑的圆柱面 ,而是一个凹凸不平的面 ,因此 ,在实际工况下 ,两端的辅助胶筒能够起到一定的密封作用 。图 3模型的总应力云图3 结论1)该新型裸眼封隔器能够满足水平井分段压裂的要求 ,提高了我国裸眼完井水平井分段压裂的工艺技术水平和配套工具水平 。2)利用ABAQUS软件对新型多胶筒封隔器进行力学分析 ,证明了该封隔器能够满足裸眼水平井的分段压裂工艺要求 。3)通过有限元分析 ,可以得到裸眼井壁的应力分布规律 ,为封隔器的结构改进提供了依据 。参考文献 :[1]杨建斌 ,杜习广 ,李洪春 ,等 .ZYY341-80型封隔器的研制 [J].石油矿场机械 ,2011,40(6):70-73.[2]葛松 .压缩式封隔器密封胶筒有限元分析及改进[J].石油矿场机械,2011,40(12):92-95.[3]张国文 ,沈泽俊 ,童征 ,等 .遇油\遇水自膨胀封隔器在水平井完井中的应用 [J].石油矿场机械 ,2012,41(2):41-44.[4]刘阳 ,马兰荣 ,郭朝辉 ,等 .自膨胀封隔器技术在完井作业中的应用 [J].石油矿场机械 ,2012,41(3):76-81.[5]张丽娟 ,赵广民 ,赵粉霞 ,等 .Y241型封隔器分压管柱可靠性分析 [J].石油矿场机械 ,2010,39(7):25-28.[6]郑晓志 ,陈志峰 ,阮臣良 ,等 .封隔尾管悬挂器内插管完井方案及应用 [J].石油矿场机械 ,2010,39(6):85-87.[7]姜广彬 ,郑金中 ,张国玉 ,等 .埕岛油田 3种分层防砂分层注水 技 术 分 析 [J].石 油 矿 场 机 械 ,2010,39(8):71-74.[8]孙祥显 ,崔长国 ,董顺永 ,等 .防卡防蠕动热洗清蜡管柱设计与应用 [J].石油矿场机械 ,2010,39(1):86-88.[9]刘伟 ,李秀竹 ,刘亚茹 .快速挤注工艺配套装置的研制与应用 [J].石油矿场机械 ,2010,39(3):76-78.[10]赵腾伦 .ABAQUS在机械工程中的应用 [M].北京 :中国水利水电出版社 ,2007:80-81.[11]A·N·詹特.橡胶工程———如何设计橡胶配件 [M].北京 :化学工业出版社 ,2002.[12]谭 云 亮 ,刘 传 孝 ,赵 同 彬 .岩石非线性动力学出论[M].北京:煤炭工业出版社 ,2008.[13]Craig B D,MetCorr.Stress Corrosion Cracking of Corro-sion-Resistant Aloys in Brine Packer Fluids[G].SPE,93785,April,2005:16-19.[14]蒋友亮 .非线性有限元分析 [M].北京 :北京工业学院出版社 ,1988.·88·石 油 矿 场 机 械2012年 5月

展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:QK-水平井分段压裂封隔器研制与封隔性能分析
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-8613.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开