电控式配水系统执行机构的研究与实现

论文摘要

目前，我国大部分油田都已进入到了采油的中后期，含油层的地层压力逐渐降低，为保持地层压力，减少层间矛盾，提高采油效率，分层注水工艺在我国油田得到了普遍应用。配水器是分层注水工艺中的重要的配水工具，决定着配水效果的优良。常规配水器在现场使用过程中存在一些缺点：（1）配水工艺繁琐，且不能实现恒流配水。（2）井下参数测试工艺周期长，精度低，且不能实时反映井下参数的动态变化。（3）不能适应深井的高压差，高温的恶劣环境。为此，针对常规配水器的缺点，开发了集测、调、控为一体的，能够适应异常高压差注水井高压高温环境的电控式配水系统。本文在分析了常规配水器缺点的基础上，根据电控式配水系统执行机构设计的原则，以及要实现的功能，确定其总体设计方案，并对执行机构的功能结构进行了设计。采用虚拟样机技术，应用UG软件，对执行机构的功能零部件进行了三维数字化设计，并对整体结构进行了虚拟装配。在电控式配水系统的结构设计过程中，良好的动态特性是配水器机械结构设计的要求之一。因此，为更好地分析其结构设计的合理性及可靠性，本文以多刚体运动学和模态分析理论为基础，采用虚拟样机技术，应用UG和ADAMS软件，建立其多刚体动力学模型和有限元模型，进行了运动学仿真分析及自由模态分析。电控式配水系统的设计采用了机电一体化技术与传感器技术相结合，能够实现地面自动控制，井下机械结构执行的工艺特点，达到注水效果最优化，注水过程操作自动化，降低劳动强度，提高注水合格率的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 常规配水器的类型及缺点
• 1.2.1 固定配水器简介
• 1.2.2 空心配水器简介
• 1.2.3 偏心配水器简介
• 1.2.4 常规配水器存在的主要缺点
• 1.3 配水器国内外研究现状
• 1.3.1 配水器国内研究现状
• 1.3.2 配水器国外研究现状
• 1.3.3 配水器国内外研究现状分析
• 1.4 课题研究意义
• 1.5 课题主要研究内容
• 2 电控式配水系统执行机构的总体设计方案
• 2.1 电控式配水系统执行机构的功能要求
• 2.2 电控式配水系统执行机构的设计原则
• 2.3 电控式配水系统控制原理及执行机构的工作原理
• 2.3.1 电控式配水系统执行机构的工作原理
• 2.3.2 电控式配水系统的控制原理
• 2.4 电控式配水系统执行机构的工艺特点
• 2.5 异常高压差注水井注水管柱的结构原理
• 2.5.1 注水管柱的结构
• 2.5.2 注水管柱的工作原理
• 2.5.3 注水管柱的技术特点
• 2.6 本章小结
• 3 电控式配水系统执行机构的功能结构及虚拟样机设计
• 3.1 注水通道结构设计
• 3.1.1 机械编码的设计原理
• 3.1.2 注水通道的结构形式
• 3.2 传动结构设计
• 3.2.1 同轴度的保证
• 3.2.2 传动结构的结构形式
• 3.3 O 形圈密封结构设计
• 3.3.1 O 形圈密封静密封时的原理
• 3.3.2 O 形圈密封动密封时的原理
• 3.3.3 O 形圈密封结构的结构形式
• 3.4 电动机的密封结构设计
• 3.5 电缆的密封与固定结构设计
• 3.5.1 电缆的密封结构
• 3.5.2 电缆的固定结构
• 3.6 执行机构的虚拟样机设计
• 3.6.1 注水零部件的设计
• 3.6.2 电动机密封零部件的设计
• 3.6.3 传动零部件的设计
• 3.6.4 执行机构的虚拟装配
• 3.7 执行机构分层注水及洗井工作原理
• 3.7.1 分层注水工作原理
• 3.7.2 洗井工作原理
• 3.8 本章小结
• 4 电控式配水系统执行机构的动态特性仿真分析
• 4.1 多刚体运动学基本理论
• 4.1.1 建立多刚体运动学方程
• 4.1.2 多刚体运动学方程的求解算法
• 4.2 ADAMS 多刚体运动学分析流程
• 4.3 创建执行机构多刚体动力学模型
• 4.3.1 创建执行机构刚体模型
• 4.3.2 添加约束
• 4.3.3 添加驱动函数
• 4.4 执行机构运动学仿真结果及分析
• 4.5 ADAMS 模态分析基础理论
• 4.5.1 柔性体的表示
• 4.5.2 柔性体的运动微分方程
• 4.6 ADAMS 模态分析流程
• 4.7 创建阀体和阀芯模态分析模型
• 4.7.1 创建阀体和阀芯刚性体
• 4.7.2 创建阀体和阀芯柔性体
• 4.8 阀体和阀芯模态仿真结果及分析
• 4.8.1 阀体模态仿真结果及分析
• 4.8.2 阀芯模态仿真结果及分析
• 4.9 本章小结
• 5 电控式配水系统执行机构的室内试验
• 5.1 第一代样机的室内试验
• 5.1.1 第一代样机存在的问题
• 5.1.2 样机泄露原因的分析
• 5.1.3 样机泄露原因的确定
• 5.2 注水通道结构的改进设计
• 5.2.1 机械编码的改进设计
• 5.2.2 注水通道结构的改进设计
• 5.2.3 阀芯结构的改进设计
• 5.2.4 分层注水和反洗井工作原理
• 5.3 第二代样机的室内试验
• 5.3.1 试验目的
• 5.3.2 试验方案
• 5.3.3 试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 当前工作的总结
• 6.2 下步工作的展望
• 6.3 课题的创新点
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与项目
• 致谢