压裂管柱与压裂液多物理场分析.pdfVIP

V01．11No．16 2011 第11卷第16期2011年6月科学技术与工程 June Science and 1 Technology @201 167l一1815(2011)16-3641-05 En百neering Sei．Tech．Engn昏 压裂管柱与压裂液多物理场分析 岳欠杯1 刘光贞2 刘志红3 刘巨保1 (东北石油大学机械科学与工程学院1，大庆163318； 大庆油田钻井一公司市场开发中心2，大庆163411； 吉林油田机械总厂配件分厂3，松原138000) 摘要 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。压裂管柱在压裂施工中，地层温度及压裂液温度 随井深发生线性或非线性交化，压裂液压力也随井深发生非线性变化。本文选取管内流动的压裂液、管外环空静止井液和压 000 裂管柱为研究对象，建立了温度场、流场和应力场耦合分析的多物理场模型。利用ANSYS软件，计算得到1m压裂管柱 以及压裂液在井口处的温度均为20℃，管柱内外壁在井底处的温度分别为36．99℃、50．55℃，压裂液在井底处温度达到 000 35．47℃。仍选取1m压裂管柱模型，计算得出管柱在多物理场和应力场中，井口和井底处的等效应力相对误差分别为 3．73％、5．9r7％。可见，采用应力场对压裂管柱强度评价影响不大，但对管柱的轴向应力、环向应力有一定的影响。 关键词压裂管柱 温度 多物理场 压裂液 中国法分类号TE355．5j； 文献标志码A 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…。压裂管柱在压裂施工中，其 1多物理场计算模型 内外壁受到管内外介质温度以及压裂液压力的影 响。其中，压裂液温度及地层温度随井深发生线性 选取井口到井底整个压裂管柱、管内流动的压 或非线性变化，压裂液在压裂过程中由于流动产生 裂液和管外静止井液为研究对象，不考虑压裂管柱 压力降，因此压裂管柱内壁所承受的液体压力也随 与套管柱的接触变形，建立了温度场、流场和应力 井深发生非线性变化。在以往的压裂管柱力学分 场耦合分析的多物理场模型，见图1。该模型既考 析中L2，31，将压裂液温度和地层温度处理成沿井深虑了管外壁与管外静止井液温度发生对流以及管 发生线性分布，将同一井深处的地层温度作为该井 内壁与流动的压裂液温度产生对流对管柱温度分 深处压裂管柱的温度，不考虑压裂液流动过程中产 布的影响，又考虑了压裂管柱自身发生热传导对管 生的压力降。为了进一步的述压裂液温度、地层温 柱温度的影响，同时还考虑由于压裂液流动产生的 度和压裂液压力分布对压裂管柱受力状态的影响。 压力降对管柱压力分布的影响。压裂管柱在井口 本文选取管内流动的压裂液、管外环空静止井液和 和井底处完全固定，压裂液在井口处的排量为压裂 压裂管柱为研究对象，采用有限元法对压裂管柱进 施工排量，将该排量作为压裂液井口边界条件，压 行了多物理场分析，为研究压裂管柱的温度、压力 裂液的出口边界为压裂液给定的相对压力。 分布以及压裂液压力分布提供理论依据。 2多物理场耦合传热的数值解法 对于某些对流换热问题，热边界条件无法预先