新型电磁式井下振动采油装置设计与研究

发布时间：2017-04-02 22:07

  本文关键词：新型电磁式井下振动采油装置设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着对油田长时间地持续开发,注水井的吸水指数和油井的产能都会发生明显降低,其主要原因是由于泥质、石蜡胶质及沥青质的沉积物、污垢、乳化液以及其他机械杂质将孔隙通道堵塞,让油层渗透率降低,产液量及注入量减少。其中油井的结垢问题甚是严重,这一问题一直严重制约和影响着油气田的开发。为了防止地层结垢堵塞,振动采油作为一种主要的物理法来提高油田采收率的方法,相比于其他各种物理、化学的方法,在设备投入、操作费用、作用面积和作用效果上,具有明显的优势。振动采油技术作为物理法采油技术的重要组成部分,它是通过某种强大的能量作用于地层,使油层及流体产生不同的物理、化学变化,从而改造油层渗流条件,解除油层堵塞,疏通油流通道,创造有利于原油流动的环境,达到油井增产、注水井增注的目的。在充分分析国内外振动采油设备以及当前振动采油设备存在着不足的基础上,本文设计了一种新型的井下振动采油装置--新型电磁式井下振动采油装置,通过新设计的井下振动采油装置,在井下油层处形成振动波,振动波以声波的形式在油层中传播,进而作用于油层,达到油层解堵和提高原油采收率的效果。本文从以下五个方面对新型电磁式井下振动采油装置进行相关方面的设计与研究：(1)通过查阅国内外文献,在分析与总结国内外已有的振动采油技术基础上,根据磁阻最小化理论,设计了新型井下振动采油装置；同时设计了具有横向运动有效放大功能的声辐射器结构以及与之配合的中心杆结构；并在实际工况的要求下,设计和计算了声辐射器辐射板和中心杆的主要相关参数、组成材料、轴向载荷和谐振频率。(2)在设计的声辐射器辐射板的结构下,避免了安装空间对功能材料的体积约束；对声辐射器辐射板进行动力学建模与分析,得到其固有振型函数和在轴向载荷作用下的横向挠曲线；并且通过实例仿真,验证了得到的结果。通过分析表明：具有初始弯曲的辐射板能实现运动的有效横向放大,当轴向简谐力作用于声辐射器上时,声辐射器的参数振动存在着运动稳定区和不稳定区,并且在参数共振时,线性阻尼不能起抑制振幅增长的作用,但是可以缩小振动运动的不稳定区(减少对辐射板的能量传递)。(3)通过ANSOFT对井下振动装置直线驱动器进行电磁仿真分析,确定了直线驱动器的最优结构和相关的结构参数；并进行了直线驱动器对其中心杆处产生的磁感应强度计算、中心杆电磁驱动力计算和输出轴向位移计算。(4)先在理论基础上分析声波对提高原油产量的作用机理；然后在LMS Virtual.lab软件中,建立井下油层处振动装置、套管和油层模型；确定其边界条件,分析声辐射器在恒载和简谐载荷作用下的声学响应以及其产生的声波对油层的作用；并在上述模型基础上,分析了声辐射器在油层处振动产生的声波的传递损失。(5)提出了几种振动采油装置井下安装结构,并分析了不同油井工况和采油要求下,安装方式的选择；对直线驱动器装置的电磁线圈进行了设计计算,确定线圈导线的规格、匝数和其他几何尺寸；同时也对振动采油装置的温度控制和地面电源控制仪进行了分析；根据分析提出了两种方式来避免振动采油装置温度过高的方法,以及井下振动采油装置的控制原理图。
【关键词】：振动采油装置 磁阻最小化理论 声辐射器 直线驱动器 声学响应分析
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-20
• 1.3 本文研究内容20-23
• 1.3.1 研究内容及技术路线20-22
• 1.3.2 研究方法22-23
• 1.3.3 论文创新性工作23
• 1.4 本章小结23-24
• 第2章 新型井下振动采油装置的结构设计24-34
• 2.1 新型井下振动采油装置结构及其工作原理24-25
• 2.2 井下振动采油装置声辐射器结构设计25-29
• 2.2.1 声辐射器结构和工作原理图25-26
• 2.2.2 声辐射器辐射板尺寸设计26-28
• 2.2.3 声辐射器辐射板材料选择28-29
• 2.3 声辐射器轴向载荷29-30
• 2.4 声辐射器谐振角频率30-31
• 2.5 中心杆结构设计31-33
• 2.6 中心杆的谐响应分析33
• 2.7 本章小结33-34
• 第3章 声辐射器辐射板的动力学分析34-51
• 3.1 声辐射器的力学模型34-35
• 3.2 声辐射器辐射板的固有振型函数35-37
• 3.3 辐射板横向强迫振动挠曲线解37-42
• 3.3.1 轴向位移与横向挠曲关系下的挠曲线解37-39
• 3.3.2 声辐射器辐射板受迫振动微分方程下的理论挠曲线解39-40
• 3.3.3 声辐射器辐射板受迫振动微分方程下的简化挠曲线解40-42
• 3.4 强迫振动稳定性分析42-44
• 3.5 实例仿真验证44-49
• 3.5.1 位移仿真验证44-46
• 3.5.2 挠曲线计算公式误差分析46-47
• 3.5.3 辐射板挠曲线图47-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第4章 井下振动采油装置直线驱动器设计51-73
• 4.1 二维电磁场基本理论51-53
• 4.1.1 电磁场有限元方法简述51
• 4.1.2 电磁场基本理论51-52
• 4.1.3 电磁场中的边界条件52-53
• 4.2 直线驱动器结构及其工作原理53-54
• 4.3 直线驱动器的建模与仿真54-64
• 4.3.1 电磁场仿真分析步骤54-55
• 4.3.2 直线驱动器建模与网格划分55-57
• 4.3.3 磁场分析下直线驱动器结构设计57-62
• 4.3.4 直线驱动器中心杆受力和位移62-64
• 4.4 直线驱动器三维模型64-65
• 4.5 直线驱动器磁感应强度计算65-67
• 4.6 电磁驱动力计算67-69
• 4.6.1 能量守恒法电磁驱动力计算67-68
• 4.6.2 磁极间电磁力法电磁驱动力计算68-69
• 4.7 直线驱动器位移输出69-70
• 4.8 直线驱动器的输出功率70-72
• 4.9 本章小结72-73
• 第5章 基于声辐射器的声波采油技术分析与仿真73-89
• 5.1 声学基础73-77
• 5.1.1 声学基本概念73-75
• 5.1.2 声学基本方程75-76
• 5.1.3 声学边界条件76-77
• 5.2 声波对提高原油产量的作用机理77-79
• 5.2.1 声波对多孔介质的作用77
• 5.2.2 声波对油层流体的作用77-78
• 5.2.3 声波对原油流量的影响78-79
• 5.3 声辐射器辐射强度79
• 5.4 声辐射器模型及其固有频率79-80
• 5.5 恒载下声辐射器的声学响应分析80-83
• 5.6 简谐载荷下声辐射器的时域声学分析83-85
• 5.7 声波的传递损失计算85-87
• 5.7.1 声波在套管油层的损失85-86
• 5.7.2 声波在岩层的损失86-87
• 5.8 本章小结87-89
• 第6章 新型井下振动采油装置及其辅助系统设计89-102
• 6.1 振动采油装置井下安装结构89-94
• 6.1.1 振动采油装置通过油管固定安装89-91
• 6.1.2 振动采油装置通过封隔器固定安装91-94
• 6.2 振动采油装置电磁线圈设计94-96
• 6.3 振动采油装置温度控制96-99
• 6.3.1 冷却水循环控制振动采油装置温度96-97
• 6.3.2 线圈功率优化控制振动采油装置温度97-99
• 6.4 振动采油装置地面电源控制仪99-101
• 6.5 本章小结101-102
• 第7章 结论与建议102-105
• 7.1 结论102-104
• 7.2 建议104-105
• 致谢105-106
• 参考文献106-112
• 攻读学位期间发表的论文及研究成果112

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