井下工具仿真平台的开发研究

论文摘要

随着国内主要油田逐渐进入开发中后期,油井的数目在不断的增加。依据不同油田的油井、不同的开发和开采工艺、以及油井的不同工作状态,需要在井中下放不同的井下工具进行操作,因而井下工具的设计与实验一直是油田开发中的一个重要技术问题。本文即是在国内外井下工具研究成果的基础上,采用计算机仿真技术与生产实际相结合的方法,开发了一套井下工具仿真系统平台。此平台的建模和分析计算的自动化程度高,为井下工具的设计提供了新的设计方法。本文首先通过SolidWorks软件及其运动仿真软件COSMOSMotion,对ZDM型钻具倒扣捞矛的打捞过程进行了仿真,不仅可以观察工具在井下的整个工作过程,而且还可以检验ZDM型钻具倒扣捞矛的打捞性能。本文结合井下工具下放过程的实践经验,基于SolidWorks,在Visiual Basic6.0环境下,采用面向对象的编程方法,调用SolidWorks API函数,建立了参数化仿真井。依据井身轨迹的设计方法,修改井下工具的位姿矩阵,实现了井下工具的运动仿真。此外本文还利用接触非线性有限元方法的原理,结合井下工具零件的结构特点和工作情况,建立了井下工具胶筒类、卡瓦类、圆筒类、环类和板类零件的有限元分析模型。对ANSYS进行二次开发,实现了井下工具零件的参数化有限元分析。最后,在VB6.0开发环境下,编写大量程序,集合井下工具运动仿真和井下工具零件的有限元分析,完成了整个仿真平台。并给出了运用此平台进行井下工具运动仿真和零件分析的算例。本文设计的井下工具仿真平台,运用仿真技术对井下工具下放过程进行了动态模拟,采用参数化方法使井下工具零件的设计达到优化。该研究成果为分析和设计井下工具提供了新的理论和方法,为进一步提高井下工具研究水平提供了新的技术平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 一、选题的目的及意义
• 二、论文的主要工作
• 第一章 井下工具仿真技术的发展
• 1.1 计算机仿真技术在石油工业中的应用
• 1.2 井下工具仿真的发展状况
• 1.3 研究井下工具仿真的三种途径
• 1.4 本章小结
• 第二章 基于 COSMOSMotion 井下打捞器打捞过程仿真试验研究
• 2.1 ZDM 型钻具倒扣捞矛
• 2.1.1 ZDM 型钻具倒扣捞矛的结构
• 2.1.2 ZDM 型钻具倒扣捞矛的工作原理
• 2.2 COSMOSMotion 的特点
• 2.2.1 COSMOSMotion 的三大特点
• 2.2.2 COSMOSMotion 分析的步骤
• 2.3 ZDM 型钻具倒扣捞矛虚拟样机打捞仿真实例
• 2.3.1 打捞过程仿真模型与试验
• 2.3.2 仿真试验结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 井下工具的运动仿真
• 3.1 井的模型设计
• 3.1.1 直井模型的设计方法
• 3.1.2 定向井模型的设计方法
• 3.1.3 水平井模型的设计方法
• 3.2 基于 SolidWorks 的二次开发技术
• 3.2.1 SolidWorks 软件特点
• 3.2.2 SolidWorks 二次开发技术
• 3.3 井下工具运动的实现
• 3.3.1 参数化建模
• 3.3.2 位姿的变换
• 3.3.3 井下工具运动的控制
• 3.4 井下工具下放过程中摩擦力和速度的计算
• 3.4.1 摩擦力的计算
• 3.4.2 下放速度的计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 井下工具零件有限元分析计算
• 4.1 有限元分析相关知识
• 4.1.1 有限元法概述
• 4.1.2 接触非线性有限元分析
• 4.2 基于ANSYS 二次开发技术
• 4.2.1 ANSYS 基本分析步骤
• 4.2.2 ANSYS 二次开发技术
• 4.3 井下工具零件的有限元分析
• 4.3.1 胶筒类零件有限元分析
• 4.3.2 卡瓦类零件有限元分析
• 4.3.3 圆筒类零件有限元分析
• 4.3.4 环类零件有限元分析
• 4.3.5 板类零件有限元分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 平台的构建和程序设计
• 5.1 开发工具
• 5.2 平台总体结构设计
• 5.3 井下工具运动仿真的程序设计
• 5.4 井下工具零件有限元分析的程序设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 仿真平台应用实例
• 6.1 平台窗口说明
• 6.2 井下工具运动仿真实例
• 6.3 井下工具零件有限元分析实例
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要