水平井多级压裂电控滑套研究
发布时间：2021-05-26 09:28
作为一种经济高效的井筒改造方法,投球压裂工艺不仅能在一趟管柱完成多级改造,还能显著提高压后产能。然而,传统的投球滑套球座通径随压裂级数的增加而减小,总的压裂级数受限。于是,开展针对水平井无限级投球压裂技术的研究对挖掘该工艺的应用潜力有重要意义。为此,本文提出了基于电控滑套的水平井无限级压裂系统,该压裂系统中的滑套本体几何尺寸均一致,且与管柱的通径基本相同,使用几何尺寸一致的电控压裂棒开启。针对传统投球压裂滑套“级差”现象的产生机制,提出了电控滑套的实施方案。详细阐述了该压裂系统中电控压裂棒、传感短节和滑套本体的机械结构和工作原理。同时,为了给电控滑套的结构设计和工艺规程制定提供理论指导,对以下三个关键技术问题进行了深入研究:（1）对电控压裂棒在压裂管柱中的运动规律进行了研究。以标准k-e湍流模型、壁面函数理论、刚体动力学理论、运动坐标系理论为理论基础,对电控压裂棒模型（圆柱体）在水平管中的运动进行模拟,考察了圆柱体运动规律、流场特性。对模拟中出现的圆柱体稳态运动速度及与来流速度之间线性关系进行了实验验证。提出了预测圆柱体稳态迁移速度经验公式,为电控压裂棒的泵送作业提供了理论指导。（2）...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 水平井水力压裂国内外发展现状
1.2.1 水平井限流法压裂
1.2.2 水平井多级压裂
1.2.3 投球式多级压裂滑套
1.3 本文研究内容和意义
第2章 电控滑套实施方案与结构设计
2.1 电控滑套总体结构方案
2.2 电控压裂棒的结构和工作原理
2.2.1 电控压裂棒的机械结构
2.2.2 电控压裂棒电控单元控制功能的实现
2.3 传感短节结构与工作原理
2.3.1 传感短节机械结构
2.3.2 电控压裂棒与传感短节之间的相互作用
2.3.3 电控压裂棒的控制程序
2.4 滑套本体结构与工作原理
2.4.1 滑套本体的机械结构
2.4.2 电控压裂棒与滑套本体之间的相互作用
2.5 本章小结
第3章 电控压裂棒运动规律研究
3.1 电控压裂棒运动规律相关研究
3.2 电控压裂棒模型在水平管中迁移数值模拟
3.2.1 动参考系方法的理论基础
3.2.2 电控压裂棒模型运动控制方程与计算程序
3.2.3 电控压裂棒模型运动计算区域几何模型建立及网格划分
3.2.4 计算域边界条件
3.2.5 湍流控制方程
3.2.6 管壁与电控压裂棒模型壁面附近流场的处理
3.2.7 电控压裂棒模型运动模拟结果分析
3.3 电控压裂棒模型运动规律实验研究
3.3.1 实验装置及实验方案
3.3.2 电控压裂棒模型运动实验结果分析
3.4 本章小结
第4章 电控压裂棒总体响应时间研究
4.1 电控单元的瞬态响应时间
4.2 电力拖动系统的瞬态响应
4.2.1 耐高压磁力执行器的控制方程
4.2.2 衔铁和磁铁的受力计算
4.2.3 耐高压磁力执行器机械特性数值模拟
4.2.4 耐高压磁力执行器机械特性实验研究
4.2.5 电力拖动系统瞬态响应方程
4.3 拨爪控制机构的响应时间
4.4 本章小结
第5章 柔性球座力学特性研究
5.1 柔性球座变形过程的数学模型
5.1.1 柔性球座变形过程的简化与假设
5.1.2 基于能量法的柔性球座变形数学模型
5.2 柔性球座变形的有限元模拟
5.2.1 计算所使用的几何模型
5.2.2 计算模型设置
5.2.3 计算结果与分析
5.3 数学模型预测能力检验
5.4 柔性球座压缩变形实验
5.5 本章小结
第6章 电控滑套原理样机试制与性能测试
6.1 电控滑套原理样机试制
6.2 电控压裂棒的耐热实验
6.3 电控压裂棒的耐高压实验
6.4 电控压裂棒投球实验
6.4.1 电控压裂棒投球实验台设计
6.4.2 电控压裂棒传感功能验证实验
6.4.3 电控压裂棒传感可靠性实验
6.4.4 电控压裂棒寻的功能验证
6.5 本章小结
第7章 结论与建议
7.1 结论
7.2 建议
参考文献
附录 A
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
学位论文数据集
本文编号：3206142
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 水平井水力压裂国内外发展现状
1.2.1 水平井限流法压裂
1.2.2 水平井多级压裂
1.2.3 投球式多级压裂滑套
1.3 本文研究内容和意义
第2章 电控滑套实施方案与结构设计
2.1 电控滑套总体结构方案
2.2 电控压裂棒的结构和工作原理
2.2.1 电控压裂棒的机械结构
2.2.2 电控压裂棒电控单元控制功能的实现
2.3 传感短节结构与工作原理
2.3.1 传感短节机械结构
2.3.2 电控压裂棒与传感短节之间的相互作用
2.3.3 电控压裂棒的控制程序
2.4 滑套本体结构与工作原理
2.4.1 滑套本体的机械结构
2.4.2 电控压裂棒与滑套本体之间的相互作用
2.5 本章小结
第3章 电控压裂棒运动规律研究
3.1 电控压裂棒运动规律相关研究
3.2 电控压裂棒模型在水平管中迁移数值模拟
3.2.1 动参考系方法的理论基础
3.2.2 电控压裂棒模型运动控制方程与计算程序
3.2.3 电控压裂棒模型运动计算区域几何模型建立及网格划分
3.2.4 计算域边界条件
3.2.5 湍流控制方程
3.2.6 管壁与电控压裂棒模型壁面附近流场的处理
3.2.7 电控压裂棒模型运动模拟结果分析
3.3 电控压裂棒模型运动规律实验研究
3.3.1 实验装置及实验方案
3.3.2 电控压裂棒模型运动实验结果分析
3.4 本章小结
第4章 电控压裂棒总体响应时间研究
4.1 电控单元的瞬态响应时间
4.2 电力拖动系统的瞬态响应
4.2.1 耐高压磁力执行器的控制方程
4.2.2 衔铁和磁铁的受力计算
4.2.3 耐高压磁力执行器机械特性数值模拟
4.2.4 耐高压磁力执行器机械特性实验研究
4.2.5 电力拖动系统瞬态响应方程
4.3 拨爪控制机构的响应时间
4.4 本章小结
第5章 柔性球座力学特性研究
5.1 柔性球座变形过程的数学模型
5.1.1 柔性球座变形过程的简化与假设
5.1.2 基于能量法的柔性球座变形数学模型
5.2 柔性球座变形的有限元模拟
5.2.1 计算所使用的几何模型
5.2.2 计算模型设置
5.2.3 计算结果与分析
5.3 数学模型预测能力检验
5.4 柔性球座压缩变形实验
5.5 本章小结
第6章 电控滑套原理样机试制与性能测试
6.1 电控滑套原理样机试制
6.2 电控压裂棒的耐热实验
6.3 电控压裂棒的耐高压实验
6.4 电控压裂棒投球实验
6.4.1 电控压裂棒投球实验台设计
6.4.2 电控压裂棒传感功能验证实验
6.4.3 电控压裂棒传感可靠性实验
6.4.4 电控压裂棒寻的功能验证
6.5 本章小结
第7章 结论与建议
7.1 结论
7.2 建议
参考文献
附录 A
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
学位论文数据集
本文编号：3206142
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3206142.html
