压裂管柱力学行为仿真研究开题报告

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1、压裂管柱力学行为仿真研究开题报告1.工程背景什么是压裂？（压裂技术是改造低渗层使其达到工业性开采的最经济有效的手段之一）压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。油气层压裂工艺过程用压裂车，把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂(如石英砂等)充填进裂缝，提高油气层的渗透能力，以增加注水量(注水井)或产油量(油井)。常用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂液及酸基压裂液5种基本类型。压裂选井的原则：（1）油气层受污染或者堵塞较大的井；（2

2、）注不进去水或注水未见效的井。压裂技术按照压裂介质可分为水力压裂、高能气体压裂、泡沫压裂、纤维压裂、液化石油气压裂技术等。随着各新老油田的不断开采，油气层的渗透率不断降低，采收率也随之降低，而压裂作业是改进油气层渗透率、提高油气井产量的有效途径之一，压裂管柱是实现压裂作业的关键工艺管柱，不合理的压裂管柱设计和施工参数引起压裂管柱结构失效在油田时有发生，造成大量的物力和财力损失。因此压裂管柱不同工况下的力学行为分析是多数油田亟待解决的关键问题之一。1.国内外研究研究现状2.1国内外压裂技术发展现状简介2.1.1国外研究现状自从19

3、47年7月世界第一口压裂井在美国堪萨斯州大县Hugoton气田Kleppr成功压裂以来至今，压裂技术已由简单的、低液量、低排量压裂增产方法发展成为一项成熟的开采工艺技术，其发展具有以下3个特点：（1）由单井的增产增注进展到整个油藏的总体压裂优化设计最初的压裂改造，仅仅针对单井而言，缺乏对油藏非均质性、水驱采油效率与开采效益的综合考虑，80年代后期，人们把油藏总体作为一个工作单元，将水力割缝与油藏进行匹配研究，使压裂技术与油藏工程结合起来。（2）低渗透油藏“压裂开采”进展到“压裂开发”“压裂开采”是在给定井网条件下进行，由于水力裂

4、缝方位和井距已定，于是匹配的优化缝长就确定下来，这就制约了裂缝的长度和井数的设置。90年代提出的“压裂开发”，是指在部署开发网前就考虑水力割缝方位、长度、导流能力等对油藏生产动态可能造成的影响，通过研究开发井网系统和水力割缝的优化组合，用获得总体优化的经济净效益和最终采收率的井网系统来部署开发井网，最大限度地实现低投入、高产出的目标，使压裂技术与油藏工程结合更加紧密，使低渗透油藏的高效开发成为可能。（3）压裂规模从小型进展到大型压裂作业最初的压裂作业，液量一般只有几立方米，而现代大型压裂作业，液量已达到3000~4000m3。研

5、究致密气藏发展大型压裂技术，现在已应用于各种低渗透油藏中。水力压裂技术从50年代开始以来，就技术而论已成为一项较成熟的石油工程技术。迄今为止，压裂技术是改造低渗层使其达到工业性开采的最经济有效的手段之一。目前国内外关于压裂管柱力学分析的主要技术现状如下：在20世纪60年代，A.Lubinski、W.S.Althouse、J.L.Logan等人率先对封隔器压裂管柱进行了研究，他们研究了鼓胀效应、温度效应、活塞效应以及螺旋弯曲效应等4种效应所引起管柱轴向位移和轴向载荷的计算问题，提出了管柱内外流体压力对管柱弯曲的等效作用力——“虚构

6、力”(FictitiousForce)的概念，并利用能量原理对直井中带有封隔器管柱的螺旋弯曲等进行了研究，并推导出直井压裂管柱在4种效应作用下的变形公式，进而计算出压裂管柱的轴向位移的计算公式。20世纪70年代末到80年代初，D.J.Hammerlindl在A.Lubinski理论的基础上进一步讨论了带封隔器多级组合管柱的受力、应力和位移问题，讨论了作用于管柱上液压力的作用效应和“中和点”计算问题。随着定向井、水平井采油技术的发展，在20世纪80年代，J.B.cheatham等人对定向井、水平井和管柱螺旋弯曲又进行了研究，其研究

7、的基本思想仍同A.Lubinski，从管柱屈曲出发，应用能量原理推导了管柱在单一变形的计算公式；E.E.Maidle等人通过微元体平衡，用矩阵传递法对定向井摩擦阻力进行了分析。到了20世纪90年代，J.Wu和H.C.Juvkam-wold对管柱在大位移井和水平井中管柱的摩擦阻力的计算进行了研究，针对不同情况下管柱的轴力分布进行了讨论和研究，并给出了管柱在不同情况下的“自锁”条件。2.1.2国内研究现状我国在这一方面的研究起步比较晚，八十年代初才开始这方面的工作。1993年，冯建华依据A.Lubinski等人的管柱受力分析理论，建

8、立了双封隔器符合管柱受力分析的数学模型，并结合油田实际，介绍了封隔器受力及其承受压差的计算方法；1998年刘巨保、张学鸿等教授采用“多向接触摩擦间隙元法”对水平井压裂管柱的受力变形状态进行了描述，考虑水平井压裂管柱在井眼曲率作用下产生初始弯曲，弯曲后的压裂管柱在