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《西安石油大学》 2016年
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中间封隔器对水平井多封隔器管柱力学性能影响分析

刘凯强  
【摘要】:在水平井试油、完井生产过程中,当多封隔器管柱受到较大轴向力作用时,管柱易发生挤毁、破裂等井下事故,由于目前国内关于中间封隔器对水平井多封隔器管柱受力影响方面的研究还比较少,因此,本文以水平井多封隔器管柱为研究对象,运用材料力学理论对中间封隔器发生有限移动时管柱的受力进行分析。首先,采用解析法和空间几何理论建立了管柱空间力学模型,导出水平井多封隔器管柱轴向力和侧向力计算公式,利用MATLAB自主编制的水平井管柱力学分析软件分析了上提、下放过程中管柱力学特性。分析表明管柱下放时轴向力随井深先增大后减小;管柱上提时轴向力线性减小;管柱侧向力在弯曲段和狗腿段均出现急剧增大现象,在水平段趋于恒定。其次,采用纵横弯曲连续梁理论建立了压裂过程中水平井多封隔器管柱力学模型,得到了中间封隔器发生有限移动后水平井多封隔器管柱各管柱段最大挠度、轴向应力和最大弯矩计算方法,并依据该方法进行了相应的算例分析。分析表明当中间封隔器发生有限移动时,水平井多封隔器管柱轴向应力与中间封隔器的移动距离成正比,封隔器移动方向上管柱最大轴向应力和挠度增大,相反方向减小。最后,文章总结了水平井多封隔器管柱在上提、下放以及当中间封隔器发生有限移动时管柱的受力变化规律,为水平井多封隔器管柱的安全应用提供了参考。
【关键词】:管柱力学性能 水平井 多封隔器 中间封隔器
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE931.2
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-7
  • 第一章 绪论7-13
  • 1.1 问题的提出及研究意义7-8
  • 1.2 水平井管柱力学国内外研究现状8-11
  • 1.3 水平井管柱力学主要研究方法11
  • 1.4 主要研究内容11-12
  • 1.5 创新点12-13
  • 第二章 上提、下放过程中水平井管柱力学特性分析13-25
  • 2.1 水平井管柱井下空间位置描述和计算13-16
  • 2.1.1 水平井管柱井斜角和方位角拟合13-14
  • 2.1.2 水平井管柱井下空间位置计算14-16
  • 2.2 水平井管柱力学模型建立及分析16-19
  • 2.2.1 水平井管柱受力基本计算公式17-18
  • 2.2.2 水平井管柱空间力学模型建立18-19
  • 2.3 水平井管柱屈曲后所受附加力计算19-20
  • 2.4 水平井管柱力学分析软件设计及算例分析20-23
  • 2.5 本章小结23-25
  • 第三章 压裂过程三封隔器管柱受力及强度安全性分析25-38
  • 3.1 水平井管柱残余坐封力计算分析25-28
  • 3.1.1 坐封过程中管柱变形量计算25-27
  • 3.1.2 坐封产生的残余坐封轴向力计算27-28
  • 3.2 压裂作业时几种效应引起的管柱受力分析28-31
  • 3.2.1 鼓胀效应引起的管柱受力分析28-30
  • 3.2.2 温度效应引起的管柱受力分析30-31
  • 3.2.3 流体粘滞摩阻效应引起的管柱受力分析31
  • 3.3 压裂过程中三封隔器管柱受力及强度安全性分析31-35
  • 3.3.1 中间封隔器未发生有限移动时三封隔器管柱受力分析32-33
  • 3.3.2 中间封隔器发生有限移动后管柱受力分析33-35
  • 3.3.3 压裂过程中水平井管柱强度安全校核35
  • 3.4 水平井三封隔器管柱算例分析35-37
  • 3.5 本章小结37-38
  • 第四章 中间封隔器有限移动对水平井管柱受力影响分析38-49
  • 4.1 压裂过程中四封隔器管柱受力分析38-41
  • 4.1.1 中间封隔器未发生有限移动时四封隔器管柱受力分析38-39
  • 4.1.2 中间封隔器发生有限移动后管柱受力分析39-41
  • 4.2 压裂过程中五封隔器管柱受力分析41-44
  • 4.2.1 中间封隔器未发生有限移动时五封隔器管柱受力分析41-42
  • 4.2.2 中间封隔器发生有限移动后管柱受力分析42-44
  • 4.3 压裂过程中n封隔器管柱受力分析44-46
  • 4.3.1 中间封隔器未发生有限移动时管柱受力分析44-45
  • 4.3.2 中间封隔器发生有限移动后管柱受力分析45-46
  • 4.4 中间封隔器有限移动对管柱受力影响算例分析46-48
  • 4.5 本章小结48-49
  • 第五章 结论与展望49-50
  • 致谢50-51
  • 参考文献51-54
  • 攻读硕士学位期间发表的论文54-55

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