高温高压油井完井管柱及其密封件设计研究

论文摘要

目前埋藏较深难以动用的深井油藏逐渐成为胜利油田可采储量的重要增长点。为了沿用原有的技术成熟的采油工艺和工具,必须解决这些工艺、工具在深井的不利条件影响下普遍存在的工作性能不稳定、有效期短等问题,以完善并提高井下工艺管柱性能,相应进行了深井油井完井管柱和密封件的设计研究。研究中最关键的部件是密封件。密封件承受压差能力的高低不仅取决于压载的大小,同时还受密封结构形状的影响,通过大变形超弹性材料的计算方法,利用ANSYS有限元分析软件模拟了胶筒的受力和变形状态,确定了相应的密封结构和坐封载荷。设计计算共包含三部分,一是井下管柱受力分析计算;二是高压差密封胶筒有限元计算;三是井下配套工具设计计算。井下管柱受力分析计算着重分析管柱在承受井下深井时的受力,以此设计油管组成和封隔器坐封载荷;通过高压差密封胶筒有限元计算,分析各种密封结构在承受高压差时的应力分布及在不同压载条件下能承受的最高限压;井下配套工具设计计算依据井下工作条件,进行各工具关键零部件的强度校核。深井油井完井管柱和密封件的试验研究过程通过室内实验和现场试验等途径研究密封件密封机理,优选密封件材料,优化结构,同时研制具有高承压能力的配套井下工具,完善井下工艺管柱性能,提高管柱可靠性,达到满足深井油藏经济开发的要求。该课题的研究成功大大提高了深井施工的一次成功率,延长了油井免修期,减少了施工成本,具有很好的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与研究意义
• 1.1.1 前言
• 1.1.2 研究背景与研究意义
• 1.2 国内、外研究与应用现状
• 1.3 研究内容与研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 密封胶筒与深井卡封工艺管柱的结构设计
• 2.1 不同结构胶筒的接触应力分布及计算
• 2.1.1 结构1：锥形组合结构（a）（弹簧位于内圈）
• 2.1.2 结构2：锥形组合结构（b）（弹簧位于胶筒外圈）
• 2.1.3 结构3：常规胶筒
• 2.1.4 结构4：多重组合胶筒
• 2.1.5 计算结果分析
• 2.2 密封件材料筛选
• 2.3 深井卡封工艺管柱结构设计
• 2.3.1 深井卡封管柱
• 2.3.2 配套工具的研制
• 第三章 高压差密封胶筒有限元分析
• 3.1 超弹理论
• 3.2 接触单元
• 3.3 非线性问题分析的基本步骤
• 3.4 不同结构胶筒的接触应力分布及有限元计算
• 3.5 结论
• 第四章 管柱及封隔器设计计算
• 4.1 井下管柱受力分析计算
• 4.1.1 温度效应
• 4.1.2 活塞效应
• 4.1.3 鼓胀和反鼓胀效应
• 4.1.4 螺旋弯曲效应
• 4.2 Y341-115 深井封隔器设计计算
• 4.2.1 坐封压差和坐封距的计算
• 4.2.2 中心管强度计算
• 4.2.3 锁定套抗内压强度计算
• 4.2.4 剪钉设计计算
• 4.3 Y445-115 深井悬挂封隔器设计计算
• 4.3.1 坐封压差和坐封距的计算
• 4.3.2 内中心管强度计算
• 4.3.3 外中心管强度计算
• 4.3.4 坐封压力
• 4.3.5 丢手压力
• 第五章 胶筒与井下配套工具的试验
• 5.1 试验条件
• 5.2 胶筒耐温承压性能试验
• 5.3 Y341-115 深井封隔器性能试验
• 5.4 Y445-115 深井悬挂封隔器性能试验
• 5.5 现场试验
• 第六章 研究结论
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 效益预测
• 6.3 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文