目前投球式壓裂技術(shù),由于套管的尺寸是固定的,而投球和球座尺寸在有限的空間內(nèi)從下到上按由小到大的順序變動著,因此單趟管柱壓裂層數(shù)極其有限,往往不能滿足多層壓裂的要求,同時施工操作程序嚴苛,投球順序必須嚴格按照從小到大的順序依次投放,否則會出現(xiàn)漏層現(xiàn)象,嚴重影響施工質(zhì)量、施工效果,甚至出現(xiàn)壓裂事故,造成嚴重損失。針對這個多年困擾施工單位的“老、大、難”問題,本文以投球式壓裂工具為原型,研究出了一套真正意義上的多層(理論上可無限層)壓裂技術(shù)——“多層壓裂自動控制裝置”。論文以傳統(tǒng)的投球滑套式多層壓裂工具為研究對象,分析了其自身存在的嚴重問題——壓裂層數(shù)有限以及投球順序嚴苛,在此基礎(chǔ)之上,創(chuàng)新性地提出了本次設(shè)計的核心思想——以可變徑球座代替原有的固定球座,開發(fā)研制出了多層壓裂自動控制裝置。在整套壓裂管柱中,除分層壓裂控制器外,其他輔助裝置仍然采用原有的零部件。論文運用彈性力學(xué)、管柱力學(xué)和材料力學(xué)等學(xué)科知識對整套管柱進行了力學(xué)分析以及強度校核,并利用MATLAB編程功能自主編制了壓裂管柱受力分析的程序。針對多層壓裂管柱中的核心部件分層壓裂控制器進行了分析,利用AutoCAD與SolidWorks軟件的建模功能,對分層壓裂控制器中的核心零部件進行了模型的建立,根據(jù)壓裂管柱施工的實際工況,采用ANSYS有限元分析軟件對分層壓裂控制器中的核心零部件進行了有限元模型的建立,并分析了其在實際工況下的應(yīng)力和強度等問題,保障了分層壓裂控制器在壓裂施工過程中的安全性與可靠性�？紤]到可變徑球座處是壓裂管柱內(nèi)通道直徑最小處,容易受到?jīng)_蝕影響,因此運用ICEM CFD軟件網(wǎng)格劃分功能與FLUENT流體仿真計算功能對可變徑球座處流體域的有限元模型進行了沖蝕分析,確保了可變徑球座能夠與壓裂小球正常配合,完成壓裂施工工作。同時論文根據(jù)分層壓裂控制器工作環(huán)境要求,對控制系統(tǒng)中的核心零部件進行了選型;并基于分層壓裂控制器工作原理,以C語言為編程語言,Keil uVision3軟件為程序編寫平臺對分層壓裂控制器的控制程序進行了編寫,并利用Proteus軟件的仿真功能對整個控制系統(tǒng)進行了程序控制仿真。根據(jù)設(shè)計的分層壓裂控制器試制了樣機模型,并進行了室內(nèi)試驗,試驗效果良好,達到了預(yù)期要求,為后續(xù)的試驗、推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE934.2;TP273
【部分圖文】：

質(zhì)可以分為水力壓裂和高能氣體兩大類；但由于本次研究的多層壓裂自動控制裝置是采用水作為介質(zhì)進行傳遞壓力，因此高能氣體類壓裂工藝技術(shù)本文不做介紹，這里主要對水力壓裂工藝技術(shù)進行介紹。如下圖1.1所示為水力壓裂工藝現(xiàn)場示意圖，為了在壓裂時得到較高的壓力值，因此在壓裂現(xiàn)場會配備專門的水力壓裂泵車。當油氣層產(chǎn)生裂縫之后，若泵車停止提供壓力，由于土壤的退讓性，會使得產(chǎn)生的裂縫愈合，故在壓裂現(xiàn)場一般還會配備專門的混砂車，將密度比地層土壤、巖石大數(shù)倍的砂子混入壓裂液中，一起由泵車泵入油氣層，并最終停留在壓裂形成的裂縫中，起到支撐的作用，使得裂縫一直保持開啟狀態(tài)，這樣油氣層中的油氣資源就可以順利到達采油裝置了。由于壓裂工藝技術(shù)的極大優(yōu)勢，為油田帶來了巨大收益，因此壓裂工藝隨著油田的發(fā)展已經(jīng)成為了一項成熟的工藝技術(shù)

必然受力也不同，因此，為研究單個分層壓裂控制器在壓裂管柱中的受力情況，必須首先找到整個多層壓裂管柱中最危險的位置點，然后再分析此處分層壓裂控制器的受力情況，下圖2.3中所示的是分層壓裂控制器在壓裂管柱中的受力分析圖。a 壓裂管柱受力圖 b 危險點處分層壓裂控制器受力圖1-扶正器；2-油管柱；3-分層壓裂控制器；4-套管圖 2.3 分層壓裂控制器受力分析圖

[40]來計算彎曲對管柱的影響。取壓裂管柱一微元段受力分析，結(jié)果如圖2.4所示：圖 2.4 三維管柱微元受力分析圖根據(jù)上述三維管柱微元受力分析圖，列寫微分平衡方程，可以得到如下六個壓裂管柱微分單元在三維上的靜力平衡方程：
【參考文獻】

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本文編號：2835474