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多元热流体热采井下管柱优化设计方法研究

发布时间:2018-09-01 06:42
【摘要】:海上稠油热采管柱是一类重要的井筒工具系统。受井筒环境、海上热采和作业工况影响,管柱结构变形属于柔性、非线性接触力学问题:管柱在生产过程中承受重力、压力以及热采应力,并与套管动态接触,导致管柱结构失稳破坏和功能失效;完井与修井作业过程中管柱下入和上提,管柱—套管之间的接触和摩擦缩短了管柱使用寿命;针对上述问题,本文开展了以下几方面的工作:1、采用圆柱螺线法计算井眼轨迹参数;对管柱下放、上提和注汽3个过程进行研究,建立非线性有限元力学模型,采用三维梁单元,在节点坐标系下矩阵组装,用改进的平方根法求解大型带状方程组,用弹簧迭代的方法求解非线性接触,得出管柱下放、上提和注汽过程数值分析结果;2、通过对管柱整个下放、上提过程的管柱—套管接触和摩擦力分布情况,结合井眼轨迹参数,设计扶正器的位置和数量;根据注汽过程隔热油管底端的位移,设计热补偿器的行程;根据对管柱整个下放、上提过程的大钩载荷分析,从力学条件上研究了管柱可下入性;采用第四强度理论,对管柱下放、上提和注汽过程进行强度校核;3、使用Visual Basic 2010开发了多元热流体热采注入管柱优化设计系统,包括基础数据、井眼轨迹描述、管柱载荷分析、管柱有限元分析、配套工具布局设计、管柱结构组合、可下入性分析、管柱结构安全评价、管柱结构优化、施工报告输出、行业标准和帮助等十二大模块,对热采管柱进行结构设计和强度分析,为海上热采管柱设计优化提供技术支持。
[Abstract]:Offshore heavy oil thermal recovery string is an important wellbore tool system. Influenced by wellbore environment, offshore thermal recovery and working conditions, string structure deformation belongs to flexible, nonlinear contact mechanics problem: pipe string is subjected to gravity, pressure and thermal mining stress during production, and is in dynamic contact with casing. The failure of string structure and failure of function, the contact and friction between string and casing shorten the service life of string during well completion and workover operation. In this paper, we have carried out the following work: 1, using the cylindrical spiral method to calculate the wellbore trajectory parameters, studying the three processes of pipe string down, lifting and steam injection, establishing a nonlinear finite element mechanical model, and using three dimensional beam element. In the nodal coordinate system, the matrix is assembled, the improved square root method is used to solve the large-scale banded equations, and the spring iteration method is used to solve the nonlinear contact. The numerical analysis results of the down-down, up-lift and steam injection process of the pipe string are obtained. The position and quantity of centralizer are designed according to the distribution of tube-casing contact and friction force in the lifting process, and the stroke of heat compensator is designed according to the displacement of the bottom end of heat insulation tubing during steam injection. According to the large hook load analysis of the whole down-down and up-lift process of the string, the down-entry property of the string is studied from the mechanical condition, and the fourth strength theory is used to lower the string. The optimization design system of heat recovery injection string for multi-element heat flux is developed by using Visual Basic 2010, which includes basic data, well trajectory description, string load analysis and finite element analysis of pipe string, including basic data, wellbore trajectory description, string load analysis and finite element analysis. Twelve modules, such as layout design of matching tools, string structure combination, downhill analysis, string structural safety evaluation, string structure optimization, construction report output, industry standard and help, etc. are used to design and analyze the structure and strength of hot mining pipe string. To provide technical support for the design optimization of offshore thermal mining pipe string.
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE952

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本文编号:2216424

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