發(fā)布時(shí)間：2020-07-24 02:53

【摘要】：封隔器是關(guān)鍵的試油與完井井下工具之一,近年來(lái)高溫高壓深井試油及試油-完井一體化作業(yè)過(guò)程中,經(jīng)常發(fā)生封隔器異常坐封及異常失效問(wèn)題。為了更準(zhǔn)確地找到封隔器失效原因,了解封隔器坐封過(guò)程及后續(xù)工作載荷下的力學(xué)性能特點(diǎn),故開(kāi)展封隔器力學(xué)行為仿真及性能試驗(yàn)研究。本文以試油/完井常用的5T半RTTS封隔器為例,從封隔器系統(tǒng)整體角度出發(fā),采用數(shù)值仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)封隔器安全性與可靠性進(jìn)行研究。應(yīng)用SolidWorks繪圖軟件和Workbench有限元分析軟件,建立RTTS封隔器全尺寸仿真模型,考察得到正常坐封載荷和臨界載荷作用下封隔器關(guān)鍵零部件的應(yīng)力分布規(guī)律;結(jié)合仿真計(jì)算結(jié)果和封隔器性能信封曲線特點(diǎn),采用逆推法和交點(diǎn)驗(yàn)證法,提出封隔器信封曲線理論計(jì)算思路;利用井下工具試驗(yàn)臺(tái),模擬現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)載荷,利用電阻應(yīng)變儀采集應(yīng)變片數(shù)據(jù),研究了封隔器膠筒、卡瓦以及水力錨與套管相互作用的力學(xué)關(guān)系。研究結(jié)果表明:作業(yè)過(guò)程中RTTS封隔器整體受力不均。相較其它部分,封隔器下段受力較大;關(guān)鍵零部件接觸部位應(yīng)力明顯高于非接觸部位。卡瓦和內(nèi)外中心管是封隔器易失效部位。臨界載荷作用下膠筒的變形較大。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):封隔器膠筒軸向受力不均、周向受力均勻,且上膠筒接觸應(yīng)力大于下膠筒,兩者相差約6%;卡瓦上部接觸應(yīng)力略小于下部接觸應(yīng)力,兩者相差約3.5%;水力錨上端接觸應(yīng)力大于下端接觸應(yīng)力,兩者相差約3%。將試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,整體上仿真數(shù)值偏大,但變化趨勢(shì)基本一致,驗(yàn)證了仿真模型的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE925.3;TP391.9
【圖文】：

以此來(lái)控制注入或采出流體[1]，并能承受較大壓力差的井下作業(yè)工氣田勘探開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵配套工具，封隔器在油氣田開(kāi)采和各種井下作業(yè)過(guò)程中常重要的角色[2]。封隔器工作性能的優(yōu)劣及可靠與否直接影響到油氣井的作業(yè)開(kāi)發(fā)成本。封隔器所具備的所有功能，基本都是需要通過(guò)膠筒來(lái)實(shí)現(xiàn)，其被廣試油、堵水、完井、儲(chǔ)層改造、分層注采等油田作業(yè)中，主要作用包括以下幾保障油套環(huán)空處于隔絕狀態(tài)，保護(hù)套管，降低套管損傷程度；將生產(chǎn)層和作業(yè)保證各層間的流體壓力之間不會(huì)互相影響，符合不同分層工藝的作業(yè)需求，進(jìn)項(xiàng)修井作業(yè)；同時(shí)利用地層能量，來(lái)提高油氣井生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)油氣井工作時(shí)（a）中心管斷裂 （b）卡瓦對(duì)套管的損傷

8圖 1-2 研究技術(shù)路線1.3.3 論文創(chuàng)新點(diǎn)（1）應(yīng)用 SolidWorks 繪圖軟件和 Workbench 有限元分析軟件，建立 RTTS 封隔器全尺寸仿真模型，考察得到正常坐封載荷和臨界載荷作用下封隔器關(guān)鍵零部件的應(yīng)力分布規(guī)律。以封隔器系統(tǒng)整體為研究對(duì)象，開(kāi)展封隔器工作行為仿真工作，仿真計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)際工況。（2）采用逆推法和交點(diǎn)驗(yàn)證法，對(duì)封隔器信封曲線計(jì)算思路進(jìn)行歸納。利用自主研發(fā)的井下工具試驗(yàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)，對(duì)封隔器整體系統(tǒng)的密封、耐壓和定位性能進(jìn)行測(cè)試。綜合利用理論分析和有限元仿真結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等技術(shù)和參數(shù)，對(duì)封隔器安全性做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

第二章 封隔器力學(xué)行為有限元仿真分析以試油完井作業(yè)中最常用的 RTTS 封隔器為例，建立其工作行為仿真模型。封隔器工作過(guò)程接觸關(guān)系復(fù)雜，除了封隔器與套管之間的接觸，封隔器系統(tǒng)各零部件之間也存在大量相當(dāng)復(fù)雜的接觸對(duì)，其中涉及到金屬與金屬間接觸以及金屬與非金屬間接觸。本文開(kāi)展封隔器力學(xué)行為仿真工作，實(shí)質(zhì)上是分析封隔器在井下作業(yè)過(guò)程中處于不同載荷作用下時(shí)各零部件之間的應(yīng)力關(guān)系及分布規(guī)律。因此，如何解決封隔器不同零部件之間的相互接觸問(wèn)題和接觸部位載荷如何傳遞問(wèn)題將是封隔器系統(tǒng)力學(xué)行為仿真工作的重點(diǎn)，具體仿真思路如圖 2-1 所示。

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本文編號(hào)：2768210