深井壓裂工藝管柱力學分析.pdf

1、高溫高壓深井壓裂，壓裂管柱作為主要的承載構(gòu)件和動力傳遞構(gòu)件，要承受內(nèi)壓、外壓、軸向力、各種效應力、套管支撐反力、摩擦力、彎矩及粘滯阻力等多種載荷的聯(lián)合作用，這些載荷使管柱在一定的應力水平下變形，若應力或變形過大，將導致管柱破壞等作業(yè)事故。壓裂管柱的力學行為已經(jīng)成為影響深井壓裂成功率的關鍵因素之一。針對深井壓裂存在的難題和挑戰(zhàn)，論文對目前廣泛應用的幾種深井壓裂工藝管柱及配套工具進行了研究，并詳細介紹了深井壓裂的工藝流程。在了解井下管柱工作

2、狀態(tài)的前提下，分析管柱力學行為的影響因素，以壓裂管柱拉力－扭矩模型為基礎，建立了深井壓裂管柱綜合力學模型；綜合力學模型在考慮井筒溫度場、壓力場的基礎上，分別對壓裂管柱下入、錨定坐封前、錨定坐封時、壓裂作業(yè)過程、管柱起出等五個工況進行了力學分析；對壓裂管柱屈曲變形微分方程進行分析，給出了管柱屈曲臨界載荷及中和點的計算方法；研究了高壓、高速、大排量壓裂液的流動摩阻，提出了幾種降低施工泵壓的有效措施。借助深井壓裂管柱綜合力學模型，給出管柱所承

3、受的各種載荷及效應的簡化計算公式，研究了壓裂管柱在不同工況下的軸向變形；對機械坐封管柱、封隔器卡瓦及膠筒進行受力分析，給出壓裂管柱遇卡點及平衡壓力的計算方法。在載荷和變形分析的基礎上，對深井壓裂管柱分工況進行強度校核和優(yōu)化設計；開發(fā)了深井壓裂工藝管柱力學分析模塊，并應用該模塊對現(xiàn)場井例進行了分析，對論文研究的理論和部分計算方法進行了驗證。論文的研究為深井壓裂管柱的組合設計和施工參數(shù)的合理選擇提供計算依據(jù)和分析手段，有利于提高壓裂成功率。