水力喷射压裂工具内流场与受力研究

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1、中图分类号：TE242单位代码：11414学号：2011212030题目水力喷射压裂工具内流场与受力研究学科专业油气井工程研究方向油气井流体力学与工程硕士生陈鹏指导教师黄中伟教授二○一六年五月硕士学位论文独创性声明郑重声明：本硕士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研宄做出贡献的个人和集体，均已在论文中

2、做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果由作者和导师相应承担。＾作者签名：＾曰期：，导师签名：曰期／ｗ：ｗ３．硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文

3、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限０年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意。丨岭“ｍ作者签名：日期５：导师签名曰期：－－Ｉ摘要摘要水力喷射压裂技术近年来被广泛应用于低渗油气田的增产改造。它成功将水力喷砂射孔技术与水力压裂技术合二为一，一趟管柱同时完成射孔以及压裂作业，和常规压裂技术相比，可降低砂卡管柱风险、缩短作业周期。但该技术实施过程中所使用的高速磨料射流会对工具产生磨蚀破

4、坏并最终使其失效，这势必会影响作业的效率以及该技术的推广应用。因此有必要对喷射压裂工具本体在井下作业时的流场、压力场进行研究，以便有针对性地对喷射压裂工具进行改进。首先利用绘图软件CREO建立了一个真三维水力喷射压裂工具本体模型，然后通过Ansysfluent软件对工具在井下作业时的工况进行了模拟计算，探究了不同工况参数（不同入口压力、磨料浓度、密度以及本体与油层套管不同间距）条件下工具在井下的流场、压力场以及工具本体受力的变化规律，结果发现：在模拟的不同的工况条件下，水力喷射压裂工具在井下作业时下层

5、喷嘴内侧的上下部以及上层喷嘴内侧的下部是受力最严重的区域，工具所受的最大应力为300MPa；存在喷射压裂工具与油层套管间的最优间距，在此间距下，喷射压裂工具喷嘴处所受的最大等效应力值最小，在假设的工况下，该间距为15mm；当磨料体积分数或磨料密度增大时，喷射压裂工具喷嘴处磨料的动压及总压会增大，但是水的动压和总压基本保持不变。研究结果可望为改进工具设计、提高工具寿命提供理论参考。关键词：水力喷射压裂；工具本体模型；模拟计算；流场及受力规律；工具改进-II-ABSTRACTTheStudyofFlowF

6、iledandStressinsidetheHydrajetPerforatingandFracturingToolABSTRACTHydrajetperforatingandfracturingisawidelyusedtechnologyinstimulatingthethinandlowpermeabilityreservoir.Thistechnologyperformsperforatingandfracturingjobwithonestringrunwhichsignificantlys

7、avetheoperationtimeaswellaslowertheriskofstickingandpluggingthestringbysand.However,thereisabottleneckforthistechnology,whichisitsrelativeshortlife.Duringtheperforatingandfracturingprocess,alargeamountofabrasiveparticlesisaddedintothetool.Theseabrasives

8、areacceleratedbytheveryhighoperationpressurethushavingveryhighkineticenergywhichmakethemextremelydestructive.Whenthehigh-energyabrasivespassthroughthenozzlestheycaneasilyabrasethetool.Inordertostudytheerodedmechanismandimprovethe