橋塞錨定機構(gòu)的力學分析及優(yōu)化.pdf

1、大慶油田進入特高含水期開發(fā)后，所開采的薄差油層滲透率低，儲采失衡的矛盾日益突出。針對薄差儲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)計不盡臺哩，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，利用計算機優(yōu)化算法設(shè)計出

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、聲學于一體，功能強大，使用方便、計算速度快，能夠進行結(jié)構(gòu)高度非線形分析、設(shè)計優(yōu)化、接觸分析、參數(shù)設(shè)計擴展宏、耦合場運算等功能，在許多工業(yè)及科學研究領(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)，石油機械與壓力容器設(shè)計等領(lǐng)域應(yīng)用ANSYS進行了大量的應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計，本文通過計算機建立壓裂橋塞的力學模型及有限元模型并對其進行力學分析，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)計奠定了基礎(chǔ)。在對卡瓦錨爪的優(yōu)化設(shè)計中，首先確定了卡瓦錨爪每個相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時，計算結(jié)果的變化規(guī)律。然后比較每個結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)結(jié)果，如卡瓦和套管的當量摩擦系數(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，對提高油田經(jīng)濟效益具有一定的現(xiàn)實意義和實用價值。 為了檢驗計算結(jié)果的正確性，本文采用光彈性實驗?zāi)M橋塞構(gòu)件模型。