凝胶在圆形钢管中的抗压差能力分析

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石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年4月第35卷第4期 Journal of Oil and Gas Technology(J.JpI)Apr.2013 Vo1.35 No.4 

凝胶在圆形钢管中的抗压差能力分析 

基( 笔 1,0新0疆哈 。㈣) 

陈超 (中石油吐哈油田分公司工程技术研究院,新疆哈密839009) 

[摘要]通过对凝胶的受力分析,推导出凝胶段塞在圆形钢管中的抗压差公式。结合试验研究表明,凝胶 段塞在圆形钢管中的抗压差能力体现为凝胶的抗剪切强度,该能力又与凝胶长度成正比、与钢管半径成 反比,凝胶段塞抗压能力的表征和计算模型的建立,为凝胶段塞的合理设计提供了科学依据,有利于凝 胶封堵钢管技术在油气田开发工程中的进一步推广应用。 [关键词]凝胶;圆形钢管;实验;抗剪切强度 [中图分类号]TE358 [文献标志码]A [文章编号]1000—9752(2013f 04—015o—o2 

1问题的提出 

凝胶作为一种在石油、医药、食品、农业、建筑等多个领域广泛使用的特殊高分子材料口],其系统 研究早在4O年前就已经开始。凝胶的研究主要集中在凝胶的制备、凝胶结构等方面 ]。在针对凝胶物 

理特性方面,主要在凝胶的吸水性、缓释性、吸附与分离性输送与渗透性、负载性以及光学性质广泛开 展研究 “]。在油气田开发工程领域,则主要在流变性方面开展研究,例如压裂液特性研究,此外还在 

封堵地层方面开展研究,比如调剖堵水技术,但此类研究比较笼统,仅从实验数据分析凝胶对地层岩石 孔喉的封堵能力l_E ]。在油气田开发工程的一些特殊领域,需要凝胶封堵网形钢管。并能实现一定的抗 

压差能力,而凝胶在圆形钢管中的抗压能力与钢管的直径、凝胶自身的长度是何种关系,国内外并无相 

关研究的报道。为此,笔者从理论研究的角度进行分析研究,量化钢管直径、凝胶长度对凝胶在圆形钢 管中的抗压差能力。 

2模型建立及分析 

通过室内试验发现,凝胶在圆形钢 

管中承受气体压差时呈图1所示状态:受 

力面整体成弧面,当凝胶本体强度相对 其与钢管壁的黏附强度高,在承受大压 差时凝胶整体向下移动;当凝胶本体强 

度相对其与钢管壁的黏附强度弱,凝胶 在承受大压差时弧面角度越来越小,最 

后气体击穿凝胶本体。 当气体还未击穿凝胶时,凝胶处于 图l 

平衡状态。在圆形钢管中取半径为r的圆 柱凝胶,如图2所示。圆柱端面上的压差为 

△ ,则压力为 r。△ 。该外力由圆柱面上 

的剪切力平衡,有2 ̄rLr一 r Ap。所以,剪切应力为: 

一rap ‘ 2L 凝胶在圆形钢管中承受 压差状态示意图 图2凝胶在圆形钢管中 受力示意图 

[收稿日期]201 2—07—06 [作者简介]刘德基(1 970一),男,1994年大学毕业,博士生,主要从事管理和采油工程技术研发工作。