二氧化碳压裂井下工具设计与应用研究
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摘要
由于CO_2压裂具有低滤失、返排能力强、与地层流体配伍性良好，减小压裂液对地层的伤害等优点，是油田后期低渗透油层、水敏地层、稠油油层有效的改造措施。CO_2压裂井下工具是实施压裂施工的重要井下装置，设计一套不动管柱坐压两层、能够同时进行返排的井下工具计算工作复杂，绘图工作繁琐。CAD技术和机械产品方案设计智能化及CAD一体化技术在企业的合理应用对于提高产品设计效率、改进产品质量、增强产品的市场竞争力都有重要意义。本文立足油田CO_2压裂工艺技术对井下工具的需求，对CO_2压裂井下工具的设计计算、绘图工作作了深入的研究，在此基础上，我们成功设计了CO_2压裂井下工具封隔器、喷砂器、喷嘴堵塞器总成，在现场中取得了良好的应用效果。
本文将所研究的主要内容组织在六章中。第一章介绍了本论文(项目)的研究背景及意义，给出了论文的总体框架；第二章以井下工具的圆筒类典型结构为计算对象，建立其在工程外力下的应力模型，以应力状态分析为基础，确定了工程所需的各项计算功能并予以实现；第三章研究了基于井下工具回转体特征的建模过程，研究应用了基于语义与结构特征相关联的设计方法，根据井下工具的结构特征，重点研究并寻找建立了回转体特征基元。第四章介绍了CO_2压裂井下工具的功能要求和结构设计，对其中的封隔器、喷砂器、喷嘴堵塞器进行详细的设计计算及结构绘制。第五章研究设计了CO_2压裂井下工具的现场试验工工艺，介绍了典型井的CO_2压裂过程和CO_2压裂井下工具的使用情况。对井下工具进行各项功能验证；第六章对所进行的工作作以总结并对今后工作进行了展望。
Computer aided design(CAD) intelligent of mechanical products design and integrated computer aided design(ICAD) technology are very important for enterprise to improve efficiency of products design, product quantity and product market competitive ability, it is certain to bring considerable profit. based on the downhole tools demand of CO2 fracturing technology at oilfield, in design of CO2 fracturing downhole tools and drawing, this paper does research in depth, to provided the base for setting and perfecting downhole tools intelligent design.
.To set the stress model of CO21 fracturing downhole tools abstract parts design and examination. by the numerical calculating method, to overcome the error in handwork calculation, because three- dimensional model was only simplified two- dimensional model, and it can't calculate the error between three -dimensional model and two- dimensional model, to realize the scientific design of downhole tools with high accuracy.
.Based on the geometry character and parameterization design limited in the intelligent CAD design, and design method of figure base, model definition of figure base parameterization was presented.
.By the engineering example, to introduce system of CO2 fracturing downhole tools intelligent design, and the field application results of design products, next research way has been planned.
本文将所研究的主要内容组织在六章中。第一章介绍了本论文(项目)的研究背景及意义，给出了论文的总体框架；第二章以井下工具的圆筒类典型结构为计算对象，建立其在工程外力下的应力模型，以应力状态分析为基础，确定了工程所需的各项计算功能并予以实现；第三章研究了基于井下工具回转体特征的建模过程，研究应用了基于语义与结构特征相关联的设计方法，根据井下工具的结构特征，重点研究并寻找建立了回转体特征基元。第四章介绍了CO_2压裂井下工具的功能要求和结构设计，对其中的封隔器、喷砂器、喷嘴堵塞器进行详细的设计计算及结构绘制。第五章研究设计了CO_2压裂井下工具的现场试验工工艺，介绍了典型井的CO_2压裂过程和CO_2压裂井下工具的使用情况。对井下工具进行各项功能验证；第六章对所进行的工作作以总结并对今后工作进行了展望。
Computer aided design(CAD) intelligent of mechanical products design and integrated computer aided design(ICAD) technology are very important for enterprise to improve efficiency of products design, product quantity and product market competitive ability, it is certain to bring considerable profit. based on the downhole tools demand of CO2 fracturing technology at oilfield, in design of CO2 fracturing downhole tools and drawing, this paper does research in depth, to provided the base for setting and perfecting downhole tools intelligent design.
.To set the stress model of CO21 fracturing downhole tools abstract parts design and examination. by the numerical calculating method, to overcome the error in handwork calculation, because three- dimensional model was only simplified two- dimensional model, and it can't calculate the error between three -dimensional model and two- dimensional model, to realize the scientific design of downhole tools with high accuracy.
.Based on the geometry character and parameterization design limited in the intelligent CAD design, and design method of figure base, model definition of figure base parameterization was presented.
.By the engineering example, to introduce system of CO2 fracturing downhole tools intelligent design, and the field application results of design products, next research way has been planned.
引文
[1]．马建国．油气藏增产新技术．北京：石油工业出版社，1998
[2]．尚志会．压裂充填技术的应用与发展．国外油田工程，2002，18(5)：42-43
[3]．彭义成．高能气体压裂技术在江汉油田的应用．江汉石油职工大学学报，2001，14(3)：38-40
[4]．唐瑞林．长庆油田CO_2泡沫压裂工艺研究与现场试验．油气井测试，2000，9(4)：18-24
[5]．金昌彬，腾红压裂工艺参数优化设计的研究．节能技术，1997(2)：8-10
[6]．吴淑琴．现代CAD应用的创新概念．山西机械，2002增刊：73-74
[7]．欧阳渺安．智能设计体系结构的研究．计算机工程与科学，1999，21(2)：10-15
[8]．欧阳渺安．机床模块综合的智能决策支持系统研究．[博士学位论文]．武汉：华中理工大学，1996
[9]．郑善君．CO_2压裂工艺技术研究．黑龙江省石油学会论文集，2001
[10]. Mostov k s,etal.Conceptual Design of complex Electronic system.In:Proc 1995 IEEE int conf on system,Man and Cybernetics, 1995
[11]．陶树平．智能CAD系统实现途经的研究．计算机工程，1994，20(5)：23-29
[12]．孙扬镳．功能智能设计系统．水电站设计，1995，11(2)：1-4
[13]．肖人彬．智能设计—先进设计技术的核心．机械设计，1997(4)：1-3
[14]．郭剑锋．用Visual Lisp开发AutoCAD应用程序．人民邮电出版社，2000
[15]．郭南国．工程CAD软件评述．华侨大学学报，1994，15(4)：434-436
[16]．王建民，孙家广．CAD系统二次开发语言的设计与实现．计算机学报，1994，17(11)：4-7
[17]．李晓明．Auto CAD 2000使用与开发指南．北京：国防工业出版社，1999
[18]．李海金．耐高压高温可回收式采油封隔器．国外石油机械，1998，9(2)：27-30
[19]．侯宗．Y342-114封隔器的研制与应用．石油钻采机械，2002，24(1)：79-80
[20]．窦益华．井下工具零件应力分析石油矿场机械，24(2)：32-36
[21]．成大先．机械设计手册(第二卷)．北京：化学工业出版社，1998
[22]．徐秉业．弹性与塑性力学—例题和习题一．北京：机械工业出版社，1981
[23]．油田用封隔器及井下工具手册．北京：石油工业出版社，1981
[24]．窦益华．井下工具零件应力分析及软件设计石油机械，1995，23(8)：4-7
[25]．李钦道．井内有流体时管柱弯曲临界力分析．钻采工艺，2001，24(4)：44-46
[26]. Logan J L.The Journal of canadian petroleum Technology.Februray, 1963
[27]．哈尔滨工业大学理论力学教研室主编．理论力学．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1994
[28]．署恒木．自重作用下长管柱稳定性分析．青岛大学学报，2000．06，15(2)：63-66
[29]．苏翼林．材料力学．北京：高等教育出版社，1987
[30]．刘巨保，张学鸿．水平井分流压裂管柱设计与力学分析．天然气工业，1998，18(2)：46-48
[31]．刘鸿文．材料力学．高等教育出版社，1993
[32]. Zienkiewicz O C.The finite element method.New York(USA):Mcgraw—Hill book company,1977:134-152
[33]. Roark R J,etal.Formulas for stress and strain.New York(USA):Mcgraw—Hill book company, 1975:73-154
[34]．张思敏．强度理论在井下工具强度计算中的应用．石油矿场机械，1998，27(3)：36-38
[35]. Lubinski A.influence of tension and compression on straight and buckling of tubular goods in oil wells.Dwvelopm ents in petroleum engineering,Stability of tubulars,Collected works of uthur Lubinski, 1987,1
[36]．李子丰．热采井套管柱力学分析．工程力学，1998，15(2)：19-23
[37]．戴春来，支持并行设计的特征设计系统研究．高技术通讯，2002(6)：59-63
[38]．祁新梅，机械产品建模技术研究现状及趋势，合肥工业大学学报，2002，23(6)：1023-1027
[39]．高飞，机械产品的语义造型，西安电子科技大学学报，1942，21(4)：381-386
[40]．荣震华，基于语义的对象建模与动态建模，上海交通大池学报，1996，30(6)：152-154
[41]．文怀兴，基于特征的喷射式真空泵零件建模技术．真空，2002，10月5期：32-34
[42]．檀朝东，一次多层压裂封隔器的研制及应用。石油钻采机械，1999，21(4)：99-101
[43]．刘子健，产品语义及其视觉语义性，西北轻工业学院学报，1998，1(16)：96-100
[44]．岳小莉，基于形体组合关系的基元体识别技术研究，计算机学报，2002，25(6)：618-623
[45]．王群．机械产品方案设计与专家系统—理论、方法，实践及工具，[博士学位论文]．武汉：华中理工大学，1990
[46]．贾本立，石美岭．计算机图学．西安：西北工业大学出版社，1990
[47]．尹建伟．基于特征造型的轴类零件的自动参数化绘图方法．计算机辅助设计与图形学学报，2000(3)：220-225
[48]．李岳梅，基于广义特征的创新设计模型及方法研究，中国机械工程，2002，13(4)：311-314
[49]．吴永辉，复杂对象模式的规范化设计，华东师范大学学报，2002，9月3期：28-36
[50]．陆国栋，面向图形理解的工程语义研究，中国图像图形学报，2002，5(10)：861-867
[51]．陈营．CAD／cAM环境下的工程数据库的建立．潍坊学院学报，2002，2(4)：64-66
[52]．李亮．在AutoCAD机械CAD系统中实现尺寸公差的自动标注．广西机械，1994(4)：40-42
[53]．国家标准局．公差与配合GB1800～1804—79．技术标准出版社，1991
[54]．董玉德，谭建荣，魏修亭．基于AutoCAD的计算机辅助设计、绘图及图纸管理系统的开发．计算机辅助过程，2002(2)：1-10
[55]．江汉石油管理局工艺研究所，江汉石油学院采油教研室编．封隔器理论基础与应用．北京：石油工业出版社，1983：30-37
[56]．张系彬，王越之．压差作用下封隔器胶筒与井壁间的剪应力分析．石油机械，2000，28(6)：47-48
[57]．李海金．提高封隔器工作特性的重要途径——浅谈胶筒的“防突”问题．石油机械，1986，14(11)：1-4
[58]．濮良责．机械设计．西安：西北工业大学出版社，1993
[59]. I H Hartsock,J E Warren.The Effect of Horizontal Hydraulic Fracturing on Well perfermance.JPT,1996(10)
[60]．B D Bronnon,R J Pvlsinelli，DoueU schlumlerger．对提高水力压裂伤害的支撑剂充填层的渗透率所需破胶剂浓度的评价．SPE 19 402
[61]．万仁薄，罗英俊．采油技术手册第九分册—压裂酸化工艺技术．北京：石油工业出版社，1998
[2]．尚志会．压裂充填技术的应用与发展．国外油田工程，2002，18(5)：42-43
[3]．彭义成．高能气体压裂技术在江汉油田的应用．江汉石油职工大学学报，2001，14(3)：38-40
[4]．唐瑞林．长庆油田CO_2泡沫压裂工艺研究与现场试验．油气井测试，2000，9(4)：18-24
[5]．金昌彬，腾红压裂工艺参数优化设计的研究．节能技术，1997(2)：8-10
[6]．吴淑琴．现代CAD应用的创新概念．山西机械，2002增刊：73-74
[7]．欧阳渺安．智能设计体系结构的研究．计算机工程与科学，1999，21(2)：10-15
[8]．欧阳渺安．机床模块综合的智能决策支持系统研究．[博士学位论文]．武汉：华中理工大学，1996
[9]．郑善君．CO_2压裂工艺技术研究．黑龙江省石油学会论文集，2001
[10]. Mostov k s,etal.Conceptual Design of complex Electronic system.In:Proc 1995 IEEE int conf on system,Man and Cybernetics, 1995
[11]．陶树平．智能CAD系统实现途经的研究．计算机工程，1994，20(5)：23-29
[12]．孙扬镳．功能智能设计系统．水电站设计，1995，11(2)：1-4
[13]．肖人彬．智能设计—先进设计技术的核心．机械设计，1997(4)：1-3
[14]．郭剑锋．用Visual Lisp开发AutoCAD应用程序．人民邮电出版社，2000
[15]．郭南国．工程CAD软件评述．华侨大学学报，1994，15(4)：434-436
[16]．王建民，孙家广．CAD系统二次开发语言的设计与实现．计算机学报，1994，17(11)：4-7
[17]．李晓明．Auto CAD 2000使用与开发指南．北京：国防工业出版社，1999
[18]．李海金．耐高压高温可回收式采油封隔器．国外石油机械，1998，9(2)：27-30
[19]．侯宗．Y342-114封隔器的研制与应用．石油钻采机械，2002，24(1)：79-80
[20]．窦益华．井下工具零件应力分析石油矿场机械，24(2)：32-36
[21]．成大先．机械设计手册(第二卷)．北京：化学工业出版社，1998
[22]．徐秉业．弹性与塑性力学—例题和习题一．北京：机械工业出版社，1981
[23]．油田用封隔器及井下工具手册．北京：石油工业出版社，1981
[24]．窦益华．井下工具零件应力分析及软件设计石油机械，1995，23(8)：4-7
[25]．李钦道．井内有流体时管柱弯曲临界力分析．钻采工艺，2001，24(4)：44-46
[26]. Logan J L.The Journal of canadian petroleum Technology.Februray, 1963
[27]．哈尔滨工业大学理论力学教研室主编．理论力学．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1994
[28]．署恒木．自重作用下长管柱稳定性分析．青岛大学学报，2000．06，15(2)：63-66
[29]．苏翼林．材料力学．北京：高等教育出版社，1987
[30]．刘巨保，张学鸿．水平井分流压裂管柱设计与力学分析．天然气工业，1998，18(2)：46-48
[31]．刘鸿文．材料力学．高等教育出版社，1993
[32]. Zienkiewicz O C.The finite element method.New York(USA):Mcgraw—Hill book company,1977:134-152
[33]. Roark R J,etal.Formulas for stress and strain.New York(USA):Mcgraw—Hill book company, 1975:73-154
[34]．张思敏．强度理论在井下工具强度计算中的应用．石油矿场机械，1998，27(3)：36-38
[35]. Lubinski A.influence of tension and compression on straight and buckling of tubular goods in oil wells.Dwvelopm ents in petroleum engineering,Stability of tubulars,Collected works of uthur Lubinski, 1987,1
[36]．李子丰．热采井套管柱力学分析．工程力学，1998，15(2)：19-23
[37]．戴春来，支持并行设计的特征设计系统研究．高技术通讯，2002(6)：59-63
[38]．祁新梅，机械产品建模技术研究现状及趋势，合肥工业大学学报，2002，23(6)：1023-1027
[39]．高飞，机械产品的语义造型，西安电子科技大学学报，1942，21(4)：381-386
[40]．荣震华，基于语义的对象建模与动态建模，上海交通大池学报，1996，30(6)：152-154
[41]．文怀兴，基于特征的喷射式真空泵零件建模技术．真空，2002，10月5期：32-34
[42]．檀朝东，一次多层压裂封隔器的研制及应用。石油钻采机械，1999，21(4)：99-101
[43]．刘子健，产品语义及其视觉语义性，西北轻工业学院学报，1998，1(16)：96-100
[44]．岳小莉，基于形体组合关系的基元体识别技术研究，计算机学报，2002，25(6)：618-623
[45]．王群．机械产品方案设计与专家系统—理论、方法，实践及工具，[博士学位论文]．武汉：华中理工大学，1990
[46]．贾本立，石美岭．计算机图学．西安：西北工业大学出版社，1990
[47]．尹建伟．基于特征造型的轴类零件的自动参数化绘图方法．计算机辅助设计与图形学学报，2000(3)：220-225
[48]．李岳梅，基于广义特征的创新设计模型及方法研究，中国机械工程，2002，13(4)：311-314
[49]．吴永辉，复杂对象模式的规范化设计，华东师范大学学报，2002，9月3期：28-36
[50]．陆国栋，面向图形理解的工程语义研究，中国图像图形学报，2002，5(10)：861-867
[51]．陈营．CAD／cAM环境下的工程数据库的建立．潍坊学院学报，2002，2(4)：64-66
[52]．李亮．在AutoCAD机械CAD系统中实现尺寸公差的自动标注．广西机械，1994(4)：40-42
[53]．国家标准局．公差与配合GB1800～1804—79．技术标准出版社，1991
[54]．董玉德，谭建荣，魏修亭．基于AutoCAD的计算机辅助设计、绘图及图纸管理系统的开发．计算机辅助过程，2002(2)：1-10
[55]．江汉石油管理局工艺研究所，江汉石油学院采油教研室编．封隔器理论基础与应用．北京：石油工业出版社，1983：30-37
[56]．张系彬，王越之．压差作用下封隔器胶筒与井壁间的剪应力分析．石油机械，2000，28(6)：47-48
[57]．李海金．提高封隔器工作特性的重要途径——浅谈胶筒的“防突”问题．石油机械，1986，14(11)：1-4
[58]．濮良责．机械设计．西安：西北工业大学出版社，1993
[59]. I H Hartsock,J E Warren.The Effect of Horizontal Hydraulic Fracturing on Well perfermance.JPT,1996(10)
[60]．B D Bronnon,R J Pvlsinelli，DoueU schlumlerger．对提高水力压裂伤害的支撑剂充填层的渗透率所需破胶剂浓度的评价．SPE 19 402
[61]．万仁薄，罗英俊．采油技术手册第九分册—压裂酸化工艺技术．北京：石油工业出版社，1998
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