分层注水封隔器管柱力学分析

摘要

分层注水管柱作为油田分层注水开采的重要工具，直接影响到油田注水开发的效果。在分层注水开发过程中，注水封隔器的失效和管柱强度的破坏是导致注水作业失败的主要原因。因此本文以力学理论为基础对分层注水封隔器管柱进行安全分析。 本文首先介绍了分层注水工艺技术，以单封隔器注水管柱为研究对象，建立力学分析模型，分析了在注水工况下，注水封隔器管柱所产生的轴力、温度、鼓胀、螺旋弯曲变形，并对注水管柱的载荷和强度进行分析，为多封隔器注水管柱力学分析提供依据。然后，以管柱屈曲理论为基础，多封隔器分注跨隔管柱为研究对象，分析分层注水封隔器处管柱安全性受管柱几何尺寸、内外压差、温度及坐封轴向力的影响，得出过渡段注水管柱的长度远小于螺旋屈曲段与空间梁柱段，但过渡段处管柱的变形大，应力集中度高，故该段是多封隔器跨隔管柱的危险段。进而为优选坐封载荷、优化管柱组合和封隔器处分注管柱的安全性分析提供依据。 最后，以分层注水封隔器为研究对象，建立受力模型。通过对分层注水封隔器的整体受力分析和算例分析，为迸一步改善封隔器受力状态，优化分层注水管柱结构，封隔器胶筒密封性和分层注水封隔器安全性能提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 分层注水管柱力学分析发展现状

1．2．2 封隔器受力情况分析发展现状

1．3 主要研究内容

1．4 技术路线

1．5 创新点

第二章 分层注水工具特点及管柱组合分析

2．1 分层注水工艺技术概况

2．1．1 分层注水管柱

2．1．2 分层测试和调试

2．1．3 封隔器验封工艺

2．2 分层注水工具特点分析

2．2．1 分层注水封隔器

2．2．2 分层配水工具

2．3 分层注水管柱组合分析

2．3．1 补偿自验封分层注水管柱

2．3．2 锚定补偿式分层注水管柱

2．3．3 长效防蠕动管柱

2．3．4 扩张封隔器桥式偏心注水管柱

2．3．5 井下集成分层配水工艺管柱

2．3．6 缩径井分层注水工艺管柱

2．4 本章小结

第三章 注水管柱力学分析

3．1 注水管柱屈曲变形分析

3．1．1 注水管柱几何关系

3．1．2 注水管柱静力平衡方程

3．1．3 注水管柱物理方程

3．1．4 注水管柱屈曲方程及临界载荷

3．2 注水管柱轴向变形分析

3．2．1 注水管柱轴力变形分析

3．2．2 温度引起的注水管柱变形分析

3．2．3 内、外压引起的注水管柱臌胀变形分析

3．2．4 螺旋弯曲引起的注水管柱变形分析

3．3 注水管柱强度安全性分析

3．4 注水管柱力学分析算例

3．5 本章小结

第四章 多封隔器注水管柱力学分析

4．1 单封隔器注水管柱安全性分析

4．1．1 单封隔器注水管柱屈曲模型

4．1．2 单封隔器注水管柱相当应力计算

4．2 分层注水多封隔器跨隔注水管柱安全性分析

4．2．1 多封隔器跨隔注水管柱有效轴向力分析

4．2．2 多封隔器跨隔注水管柱相当应力分析

4．2．3 多封隔器跨隔注水管柱相当应力算例计算

4．3 本章小结

第五章 分层注水封隔器受力分析

5．1 分层注水封隔器结构组成和工作原理

5．1．1 分层注水封隔器结构组成

5．1．2 分层注水封隔器工作原理

5．2 分层注水封隔器失效状况分析

5．2．1 分层注水封隔器常见失效形式分析

5．2．2 分层注水封隔器失效原因分析

5．2．3 分层注水封隔器失效防止措施分析

5．3 分层注水封隔器轴向载荷分析

5．3．1 分层注水封隔器坐封释放的管柱悬重

5．3．2 环空流体作用力

5．3．3 分层注水封隔器下部管柱活塞力

5．3．4 分层注水封隔器下部地层压力

5．3．5 分层注水封隔器与套管内壁间的作用力

5．4 分层注水封隔器受力分析模型的建立

5．4．1 分层注水封隔器锁套不工作阶段受力分析

5．4．2 分层注水封隔器锁套工作阶段受力分析

5．4．3 分层注水封隔器锁套受力分析

5．4．4 分层注水封隔器卡瓦受力分析

5．4．5 分层注水封隔器胶筒密封性能分析

5．4．6 分层注水封隔器坐封悬重与各组件受力之间的关系分析

5．4．7 分层注水封隔器胶筒蠕动位移计算分析

5．4．8 分层注水封隔器力学平衡方程

5．5 算例分析

5．6 本章小结

第六章 分层注水封隔器管柱强度安全评价及应用

6．1 注水管柱结构及必要工序参数

6．2 注水封隔器管柱受力分析

6．2．1 注水管柱载荷分析

6．2．2 注水管柱强度分析

6．2．3 注水管柱轴向变形分析

6．3 跨隔封隔器间管柱受力分析

6．4 小结

第七章 结论

致谢

参考文献

硕士学位期间发表的论文