橋塞錨定機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析及優(yōu)化.pdf

1、大慶油田進(jìn)入特高含水期開發(fā)后，所開采的薄差油層滲透率低，儲(chǔ)采失衡的矛盾日益突出。針對(duì)薄差儲(chǔ)層在改造過程中需要多層壓裂而且層間跨距大的問題，研究了橋塞壓裂技術(shù)。它可以明顯提高油層滲透率，增加油井產(chǎn)液量。但在應(yīng)用過程中，會(huì)出現(xiàn)橋塞坐封不穩(wěn)、卡瓦錨爪易損壞及套管受損等問題。其主要原因是卡瓦錨爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡臺(tái)哩，橋塞的耐溫、耐壓等性能無法滿足開采深度不斷增加的需要。因此迫切需要弄清壓裂橋塞卡瓦錨爪和套管的應(yīng)力分布規(guī)律，利用計(jì)算機(jī)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)出

2、壓裂橋塞的最佳結(jié)構(gòu)。 目前在工程領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬分析方法有：有限元法、邊界元法、離散單元法和有限差分法。就其廣泛性和應(yīng)用的效果來看，有限元法在結(jié)構(gòu)分析中的地位是其它方法不可替代的。其中最流行的有限元軟件是ANSYS，它融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電、磁、聲學(xué)于一體，功能強(qiáng)大，使用方便、計(jì)算速度快，能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)高度非線形分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、接觸分析、參數(shù)設(shè)計(jì)擴(kuò)展宏、耦合場(chǎng)運(yùn)算等功能，在許多工業(yè)及科學(xué)研究領(lǐng)域得到大量應(yīng)用。ANSYS技術(shù)在石油

3、工業(yè)中多領(lǐng)域應(yīng)用也及其廣泛，在石油勘探開發(fā)，采油工程，油田地面工程建設(shè)，石油機(jī)械與壓力容器設(shè)計(jì)等領(lǐng)域應(yīng)用ANSYS進(jìn)行了大量的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文通過計(jì)算機(jī)建立壓裂橋塞的力學(xué)模型及有限元模型并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析，找出了卡瓦與套管的受力狀況及咬合力分布規(guī)律，為卡瓦錨爪的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。在對(duì)卡瓦錨爪的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，首先確定了卡瓦錨爪每個(gè)相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時(shí)，計(jì)算結(jié)果的變化規(guī)律。然后比較每個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)應(yīng)結(jié)果，如卡瓦和套管的當(dāng)量摩擦系數(shù)、最大

4、Von Miese應(yīng)力、接觸徑向壓力等，找出每個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)較好的水平。最后把需要優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的較好水平進(jìn)行組合，確定出卡瓦錨爪的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。這為優(yōu)化壓裂橋塞及類似的設(shè)備提供了新的思路、新的方法，所得出的結(jié)果為壓裂橋塞的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。為保證壓裂橋塞的正常作業(yè)、延長作業(yè)周期、提高原油產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本提供了保證，對(duì)提高油田經(jīng)濟(jì)效益具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。 為了檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的正確性，本文采用光彈性實(shí)驗(yàn)?zāi)M橋塞構(gòu)件模型。