油气套管自动封堵技术——燃气动力压力焊封堵器的研究

摘要

本课题是根据国内外油田注采系统、套损井治理及油水井生产现状而进行地补贴修复技术方面的科学研究。石油是当今世界最重要的矿物燃料和化工原料，素有“工业血液”之称，因而是国民经济的支柱产业。但其在开采过程中，由于工程技术因素、地质环境破坏等因素的影响，往往造成油井套管的损坏，致使大量的泥沙或水顺着破损处进入管内，影响采油过程的进行。因此，及时妥善修复石油套管是亟待解决和研发的重大课题。传统的封堵修复技术在油田的开发过程中起到了一定的作用，但都存在很大的局限性，而国外研究比较多的是化学法堵水，因其容易造成地层的污染，对地层环境有巨大的破坏作用，不能普遍推广。所以，在当今的环境形势下，研发一种适用范围广、工艺先进、技术指标优异、操作简单、安全、可靠、成本低廉的封堵补贴技术显得尤为的重要。 本课题研制的燃气动力压力焊封堵器的总体方案是在总结研究国内外封堵技术的基础上，通过分析、对比、优化、汲取众家所长而设计研发的新型装置。在研究中，完成了此装置总体的结构设计。主要内容包括动力部件中的缓冲悬挂装置的设计；对运动部件中的活塞、活塞缸进行了材料的优选及结构设计；重点对密封部件进行了分析研究，对密封部件中的金属锚体、锥套及密封件通过一系列试验而选定了材料，并设计了工艺结构，对解卡释放装置中的释放套进行了强度计算及校核。并运用Pro/E软件对此装置的密封部件进行了3D建模，生成了爆炸图，对关键部件释放套、金属锚进行了有限元分析，利用ANSYS软件对两元件完成了静力、动力分析及模态分析，达到了优化设计的目的。 在全球石油能源日益匮乏的情况下，提高油井采收率、延长使用寿命、降低开采成本是油田开发的必然趋势。因此对油气套管自动封堵技术—燃气动力压力焊封堵器的研究利用将具有巨大的理论价值和实际意义，其市场前景必然是十分广阔的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题的提出及来源

1.2套管损坏原因分析

1.2.1地质因素

1.2.2工程因素

1.2.3腐蚀因素

1.3课题的理论意义和应用价值

1.4国内外研究概况及发展趋势

1.4.1概况

1.4.2油井套管补贴技术应用的类型及工作原理

1.4.3油田常用套管修复补贴技术介绍

1.4.4燃气动力压力焊封堵器自动封堵技术简介

1.5研究目标和内容

1.5.1研究目标

1.5.2研究内容

1.6关键技术及创新之处

1.6.1关键技术

1.6.2创新之处

2燃气动力压力焊封堵器的结构设计

2.1燃气动力压力焊材料成型机理研究的可行性

2.2燃气动力套管自动补贴器方案设计及技术参数

2.3燃气动力套管自动补贴器的动力部件的结构与功能

2.3.1传火药柱、主药柱及燃烧室的设计

2.3.2缓冲悬挂装置的设计

2.4燃气动力套管自动补贴器的运动部件的结构与功能

2.4.1运动部件的结构、动作原理及过程

2.4.2活塞缸内压力的计算

2.4.3活塞的结构设计及材料的选用

2.4.4活塞缸的设计及密封

2.5燃气动力压力焊封堵器密封部件的结构与功能

2.5.1密封部件结构与工作过程

2.5.2补贴管材料的选定

2.5.3金属锚体材料和热处理工艺的确定及结构设计

2.5.4上下锥套材料的选定及热处理

2.5.5上、下锥套及锚体的结构设计

2.5.6金属锚体扩径力的计算

2.5.7密封材料的选择及密封结构设计

2.5.8释放套的设计与应力分析

3重要零件的有限元分析

3.1有限元分析软件简介

3.2释放套的有限元静力学分析

3.2.1释放套的作用

3.2.2释放套的设计原理

3.2.3建模

3.2.4网格划分

3.2.5加载求解

3.2.6结果求解与分析

3.3金属锚的有限元分析

3.3.1金属锚的密封性分析

3.3.2金属锚的有限元动力学分析

4产品的三维实体建模

4.1 Pro/Engineer软件简介

4.2燃气动力压力焊封堵器密封部件三维模型的建立

4.2.1产品建模的主要内容

4.2.2密封部件的三维模型设计

4.3效果图及爆炸图

4.4样机的试制

5结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录