本文關鍵詞：水平井分段壓裂投球滑套的結構性能分析與優(yōu)化

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【摘要】：水平井分段壓裂是目前開采頁巖氣等低滲透油氣藏的主要技術,投球滑套作為分段壓裂的核心工具,安放于2個裸眼封隔器之間,為目的層段提供壓裂和采油(氣)通道。在高溫高壓的工作環(huán)境中,現(xiàn)有投球滑套存在開關不可靠、密封性差、噴砂口易被封堵、球座及噴砂口沖蝕磨損嚴重等缺點,嚴重影響了分段壓裂的效果。本論文首先對水平井分段壓裂管柱進行受力分析,建立不同工作時段的管柱力學模型,與投球滑套的安全評價標準。再針對投球滑套的失效特點,設計出一種密封性強、耐沖蝕的投球滑套:增設卡簧逆向鎖緊機構;將單一密封圈密封改為O型密封圈+雙C型擋圈密封;將單錐面球座改為帶前錐面的弧面球座;將噴砂孔的截面形狀改為等腰梯形。并利用Abaqus有限元軟件,對投球滑套的打開過程、鉆除球座過程、動密封過程進行仿真模擬。然后分別推出錐面球座、弧面球座坐封時,球座最大接觸壓力的理論公式。并對兩種球座的坐封過程進行仿真模擬,證明弧面球座可有效防止坐封面被壓潰,同時得到兩種球座的適用范圍。接著建立固液兩相流的沖蝕磨損方程,并利用Fluent流體分析軟件,對帶前錐面的弧面球座、雙錐面球座的沖蝕磨損進行仿真分析。證明帶前錐面的弧面球座的耐沖蝕性高于雙錐面球座,同時分析帶錐面的弧面球座流體域的壓力場、速度場、固相顆粒質(zhì)量分數(shù)的分布規(guī)律。最后利用PIANO集成優(yōu)化軟件,以新型球座坐封面的平均沖蝕磨損率最小為優(yōu)化目標,對前錐面錐度θ和弧面中心角γ進行優(yōu)化,確定其最優(yōu)結構為:弧面的曲率半徑ρ等于該級壓裂球的半徑R;前錐面的錐度θ=30°;弧面中心角=γ900°-arcsin(d/2R)。本設計的投球滑套可以實現(xiàn)16級分段壓裂,且具有良好的密封性、耐沖蝕性及逆向鎖緊能力,可以提高水平井分段壓裂的效果。
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE934.2

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本文編號：1275671