水平井非金属材料可钻桥塞设计与研究

摘要

金属材料桥塞在解封过程中钻铣难度大、钻铣时间长，容易造成套管偏磨及金属屑卡钻等问题。非金属材料可钻桥塞，钻铣容易并且效率高。非金属材料桥塞是对桥塞采用复合材料制造而成的新型桥塞。复合材料由增强纤维和基底材料粘结而成，是一种性能优良的非金属材料。本文通过有限元的分析方法，对桥塞复合材料部件的纤维铺设方式进行了优化设计，主要研究内容如下：
　　（1）调研国内外关于复合材料桥塞的使用现状及研究最新进展，分析可钻桥塞在分段压裂技术中的应用过程，针对金属材料桥塞使用中存在的问题，设计非金属复合材料桥塞；
　　（2）通过对桥塞结构组成和工作原理的分析，结合桥塞的主要设计参数，设计可钻桥塞和投送器的结构；
　　（3）对桥塞的支撑部件中心管，选取玻璃纤维纤维增强型复合材料，利用有限元的分析方法，模拟中心管在不同的工况下，分析增强型纤维采用不同的铺层方式对中心管力学性能的影响。结合复合材料的IRF系数，得到多组模拟数据，进行铺层方式的优化，确定中心管最佳的铺层方式及铺层数。分析最佳的铺层方式中最优的铺层角度比例；
　　（4）对桥塞卡瓦及胶筒进行力学性能分析，分析复合材料卡瓦一定工况下的力学性能，及在不同的纤维铺设角铺层内 S1应力分布特点。分析不同长度及摩擦系数的胶筒和接触应力之间的相互关系。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2研究目的及意义

1.3本课题国内外研究现状

1.4 本文研究内容和创新点

第二章 可钻桥塞的结构设计

2.1桥塞的分类

2.2桥塞及投送器的结构设计与工作原理

2.3桥塞关键零部件的设计

2.4 本章小结

第三章 复合材料力学及复合材料铺层方案设计

3.1复合材料力学基本理论

3.2一般层合板的应力—应变关系

3.3复合材料铺层设计

3.4 复合材料分析软件Workbench ACP

3.5 本章小结

第四章 纤维铺层对中心管力学性能的影响

4.1纤维铺层方式对中心管性能的影响

4.2 铺层厚度对中心管性能的影响

4.3 本章小结

第五章 复合材料桥塞关键部件分析

5.1复合材料卡瓦的力学分析

5.2 桥塞胶筒密封性能的分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文