水平井分段压裂管柱及工具关键技术研究中国石油大学博士论文

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1、图分类号：：：TE934单位代码：：：10425学学学号号号：号：：：B0304104博博博士士士士学学学学位位位位论论论论文文文文ChinaUniversityofPetroleumDoctoralDissertation水平井分段压裂管柱及工具关键技术研究StudyandDesignofKeyTechnologiesOnHorizontalWellStageFracturingString&Tools学科专业：机械设计及理论研究方向：机械设计方法与理论作者姓名：柴国兴指导教师：李继志教授徐兴平教授二O一

2、O年十月StudyandDesignofKeyTechnologiesOnHorizontalWellStageFracturingString&ToolsADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofEngineeringCandidate：：：ChaiGuoxingSupervisor：：：Prof.LiJizhiProf.XuXingpingCollegeofMechanical&ElectronicEngineeringChinaUniversityofPe

3、troleum(EastChina)Oct.2010关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学（华东）或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授

4、权书书书本人完全同意中国石油大学（华东）有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交、赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日标准分享网www.bzfxw.com免费下载摘摘摘摘要要要要水平井分段压裂是一项世界级技

5、术难题，主要技术难点是：井眼轨迹复杂，管柱起下困难，施工风险高；水平段有效分段困难，现场控制难度大等。针对水平井分段压裂中存在的问题，通过设计、理论分析、计算和实验研究相结合的方法，开展水平井分段压裂相关技术的研究攻关；重点解决水平井封隔器分段压裂工艺中存在的压裂管柱起下困难、管柱锚定问题、卡瓦式管柱易卡钻以及砂进工具内腔影响工作性能等问题。本文对水平井分段压裂工艺技术最新成果进行了系统分析，对存在的不足和出现问题的原因进行了深入探讨分析，研究了新型封隔器分段压裂工艺管柱，对水平井分段压裂工艺管柱进行了力学

6、分析，并进行了实验研究，取得了一些新的研究成果：（1）综合研究分析了水平井分段压裂工艺技术的国内外技术成果，对目前国内外主要的六类水平井分段压裂工艺技术的研发历史、工艺原理、国内外基本试验应用及技术的优缺点进行了系统分析总结；这些技术分析为本文的研究提供了理论依据和研究方向。（2）研究了影响水平井分段压裂工艺失效的各种原因，利用故障树方法重点分析了井下工具失效的问题，通过故障树定性定量分析研究认为，井下工具的设计加工及选材是决定井下工具性能和分段压裂工艺有效性的关键因素。（3）研究了两类水平井多级封隔器分段

7、压裂工艺管柱（不动管柱多级封隔器分段压裂工艺管柱和拖动管柱式封隔器分段压裂工艺管柱），对封隔器分段压裂工艺管柱进行了ABAQUS有限元力学分析，力学分析结果为优化管柱结构设计和配套井下工具设计及选材等提供了强有力技术支持，提高了分段压裂工艺管柱的安全性和可靠性，进行了现场试验检验。（4）研究了扩张式长胶筒封隔器，并应用于水平井分段压裂分段封隔和管柱锚定，可以有效避免卡瓦式锚定工具卡钻和压裂后管柱解卡困难的问题；进行了扩张式长胶筒封隔器有限元力学分析和技术性能分析，通过力学分析优化胶筒结构。（5）对分段压裂配

8、套工具防砂挡砂性能进行了实验研究，设计了具有防砂挡砂功能的水力锚和SPK344封隔器等工具，液体通过渗透性好，过滤精度高，保证工具各项性能指标和使用性能的同时，可以有效防止砂、垢等赃物进入工具内腔，大大提高压裂时井下工具的安全性能。（6）对主要配套井下工具进行实验研究，进行结构优化设计和理论计算，这些研究为保证水平井封隔器分段压裂工艺的安全可靠奠定了良好的技术基础。关键词：：：水平井分段压裂；封隔器管柱；设计；力