不压井作业游动卡瓦设计分析

论文摘要

我国大部分油田已进入开采的中后期,生产井数增大,但是油气当量依旧徘徊不前。目前我国原油进口依存度将超过50%。然而,我国的油气资源也很丰富,老油气田仍有开发潜力,传统的压井作业不利于油气资源的持续发展,这就要用一种新的作业方式来对待井下作业,尽量设法保持地层压力,保护地下油气资源,提高开采产收率。能够很好的满足这一要求的不压井作业工艺技术应运而生。游动卡瓦是不压井作业提升下降系统的关键部件,其卡瓦的好坏不仅直接影响着不压井作业技术,减少事故,而且大大提高工作效率,降低成本。国外不压井作业技术和设备都较为成熟,在美国、加拿大不压井作业利用率达到80%以上,我国不压井作业技术起步较晚,设备简陋,可靠性差,此技术在我国油田上较少利用。鉴于此,笔者开展了对不压井作业设备的关键零部件游动卡瓦的设计和研究,对游动卡瓦进行了详细的设计和计算,并对其进行优化分析,具体内容如下：(1)对不压井作业技术进行了详细的介绍说明,了解了不压井作业工作原理及应用领域,简单的介绍了下进行不压井作业的设备和装置类型,并预测不压井作业未来的发展。(2)在国内外调研的基础上,对油田用气动卡瓦进行结构分析,对适合我国油田具体情况的液压游动卡瓦进行结构设计和分析。(3)对不压井作业技术工艺过程进行分析,设计计算了管柱在作业过程中承受的静载,管柱受力分析,及管柱平衡点的位置,方便对作业过程中可能出现的几种危险情况进行设计,评价和控制。(4)对游动卡瓦的关键部位进行详细计算分析,确定几何模型和力学模型,对卡瓦体、卡瓦座、卡瓦牙形状、齿间距等做了详细的设计计算,并确定最佳取值范围。(5)建立了几何模型,利用ANSYS进行结构分析,得到游动卡瓦牙的最优参数组合,对卡瓦牙参数进行优化并最终得到卡瓦牙的优化设计。游动卡瓦的失效形式是卡瓦牙的磨损和断裂,其中卡瓦牙磨损破坏占到绝大多数,所以对卡瓦牙进行优化对不压井作业技术来说具有重要意义,为不压井作业能够尽快在我国推广使用做了铺垫,也为不压井作业设备的改进和升级提供了一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 不压井作业技术概述
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 不压井作业技术概况
• 1.1.3 国外不压井作业的发展
• 1.1.4 国内不压井作业发展现状
• 1.2 不压井作业原理及类型
• 1.2.1 不压井作业工作原理
• 1.2.2 不压井作业应用领域
• 1.2.3 不压井作业目的意义
• 1.2.4 不压井作业装置类型
• 1.2.5 不压井作业发展趋势
• 1.3 不压井作业游动卡瓦发展概况
• 1.3.1 国内外不压井作业游动卡瓦发展现状
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 第2章 游动卡瓦工作要求及管柱力学分析
• 2.1 不压井作业游动卡瓦的工作要求
• 2.1.1 不压井作业工作条件
• 2.1.2 不压井作业游动卡瓦工作性能要求
• 2.2 不压井作业管柱受力分析
• 2.2.1 管柱轴向静载荷确定
• 2.2.2 油管受井下压力平衡点的确定
• 2.2.3 管柱临界压力确定
• 第3章 不压井作业游动卡瓦结构原理及方案确定
• 3.1 不压井作业游动卡瓦现有方案分析
• 3.2 新型不压井作业游动卡瓦设计
• 3.3 不压井作业游动卡瓦结构特征
• 3.4 不压井作业游动卡瓦工作原理
• 第4章 游动卡瓦体受力分析及几何模型
• 4.1 游动卡瓦受力确定
• 4.1.1 管柱与卡瓦接触的力学模型
• 4.1.2 卡瓦体的受力分析
• 4.1.3 游动卡瓦夹持管柱条件
• 4.1.4 游动卡瓦卡瓦体上提解锁条件
• 4.2 横向载荷系数确定
• 4.3 卡瓦体的设计计算分析
• b的确定'>4.3.1 卡瓦牙均布压力q_b的确定
• 4.3.2 卡瓦牙模高度H的确定
• 4.3.3 卡瓦牙模主要参数确定
• 4.3.4 卡瓦体尺寸设计与计算参数确定
• 4.4 卡瓦座设计与分析
• 第5章 游动卡瓦几何建模及有限元分析
• 5.1 ANSYS及ABAQUS简介及求解过程
• 5.2 游动卡瓦、卡瓦座与钻杆的ANSYS前处理
• 5.2.1 游动卡瓦体建模与网格划分
• 5.2.2 管柱的建模与网格划分
• 5.2.3 游动卡瓦座建模与网格划分
• 5.3 游动卡瓦有限元求解
• 5.3.1 约束的添加
• 5.3.2 载荷的添加
• 5.3.3 三维模型有限元分析后处理及结果分析
• 5.4 游动卡瓦有限元分析结果优化
• 5.4.1 游动卡瓦包角β的变化对工作性能的影响
• 5.4.2 游动卡瓦牙倾角γ的变化对工作性能的影响
• 5.4.3 游动卡瓦优化组合的最优结果
• 第6章 结论及进一步研究工作
• 6.1 结论
• 6.2 进一步研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况