水力锚结构优化设计及研究

摘要

油井水力压裂、酸化等施工过程中，水力锚起到锚定管柱的作用，从而提高井下工具及管柱的承载能力。随着水力压裂技术在油井增产中的广泛使用，水力锚的作用越来越突出。因此，本文专门设计了一个新型防砂卡水力锚。 针对该新型水力锚，利用力学理论、有限元分析及室内试验方法进行了力学分析，主要包括如下内容: (1)结合现场需要，进行了水力锚结构设计与材料选择、锚体与弹簧及锚爪力学分析，其中锚体采用35CrMo材料，弹簧采用60Si2Mn，压裂工况下该水力锚部件满足强度要求。 (2)通过对锚爪与套管间接触压力的有限元分析，得出当套管内径一定时，分别用不同弧面直径的水力锚锚爪与其配合，锚爪对套管的伤害程度不同。当套管内径一定，锚爪弧面直径大于套管内径时，水力锚工作时锚爪弧面外圆与套管接触，水力锚作用区域套管等效应力小，径向变形小，对套管的伤害小。 (3)通过延长油矿水力锚使用情况的统计分析，得出经过承受拉力实验和室内实验验证的水力锚性能可靠，使用过程中损坏率低。因此通过以上实验验证得出新型防卡水力锚性能可靠。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究内容

1．3 研究步骤

第二章 国内外水力锚研究现状

2．1 水力压裂技术发展

2．2 水力锚的国内外相关研究

2．3 软锚爪水力锚相关研究

2．3．1 软锚爪水力锚结构

2．3．2 软锚爪水力锚工作原理及技术措施

2．4 水力锚防砂卡研究

2．4．1 水力锚防砂卡结构

2．4．2 防砂卡水力锚的性能特点

2．5 本章小结

第三章 水力锚结构设计

3．1 水力锚结构设计

3．1．1 水力锚结构改进

3．2 水力锚锚体设计

3．2．1 水力锚锚体材料的选择

3．2．2 确定材料的许用应力

3．2．3 水力锚锚体承压分析

3．3 水力锚的弹簧设计

3．4 水力锚锚爪设计

3．4．1 锚爪设计图

3．4．2 锚爪的启动与回收

3．4．3 锚爪咬合套管的承压分析

3．5 本章小结

第四章 水力锚锚爪对套管压力有限元分析

4．1 有限元分析概况

4．2 ANSYS分析程序

4．2．1 ANSYS格式

4．3 分析过程

4．4 本章小结

第五章 水力锚承受拉力的实验研究及室内试验法分析

5．1 水力锚承受拉力的理论与实验研究

5．1．1 水力锚抗拉强度理论分析

5．1．2 水力锚抗拉强度实验分析

5．1．3 水力锚抗拉强度实验值与预测值比较

5．2 水力锚试验方法分析

5．2．1 证明试验

5．2．2 适用性试验

5．2．3 验收试验

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文