同心配水器及其配套系统的设计及应用研究

摘要

目前油田注水井普遍存在井斜大、沾污结垢以及层间干扰等严重问题，而现有常规配水系统往往很难真正实现精细化分层配水作业，其原因在于:常规配水系统中的配水器水嘴安装在管柱的一侧（偏心配水器），且配水器水嘴开度在井下是不可调的，为此，本论文设计研发了一种水嘴安装于配水器中心且能够在井下完成水嘴开度调节的配水系统—同心配水系统。
　　本文对同心配水系统进行了系统总体方案设计;对系统中的核心部件—同心配水器进行了3D结构设计;在确定了其具体结构后，运用运动学理论及ADAMS运动学仿真软件对其螺纹传动机构进行了运动分析，得到了在特定转速下的中心筒的运动规律;利用有限元理论与ANSYS有限元分析软件对其中心筒调节卡槽结构进行力学分析，得到了卡槽在驱动扭矩下的变形量、等效应力、等效应变的变化范围;运用流体力学理论及FLUENT流场分析软件对其水嘴出流口流场进行了分析，得到了在模拟工况下的中心筒选升高度、注水量与进出口压差、水嘴局部阻力系数之间的关系;完成了对同心配水系统配套设备（封隔器以及测调仪、TPC控制器等）的选型。通过对同心配水器传动螺纹机构的运动学、力学和理论分析与模拟仿真分析，和对其水嘴出流口流场的理论与仿真分析，充分验证了同心配水器结构设计的合理性与正确性，以及其精细化注水功能的可实现性。利用本同心配水系统对地层进行分层注水，可以提高注入水源的利用率，减少注水作业的人工成本，提高了油田开发的综合效益。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题研究的目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 课题研究内容及创新点

第二章 同心配水系统的总体方案设计

2．1 同心配水系统的结构组成

2．1．1 地面控制系统

2．1．2 井下管柱系统

2．1．3 井下测调系统

2．2 同心配水系统的工作原理

2．3 本章小结

第三章 同心配水器设计

3．1 同心配水器总体结构设计

3．2 同心配水器组件的结构设计

3．2．1 上接头结构设计

3．2．2 外壳结构设计

3．2．3 连接体结构设计

3．2．4 中心筒结构设计

3．2．5 陶瓷水嘴结构设计与选材

3．2．6 陶瓷套结构设计

3．2．7 水嘴底座结构设计

3．2．8 下接头结构设计

3．2．9 配套密封圈的选型

3．3 同心配水器装配工艺设计

3．4 同心配水器总体装配

3．5 本章小结

第四章 同心配水器螺旋传动系统的运动分析

4．1 ADAMS软件的运动学分析的理论基础

4．2 螺旋传动系统运动学理论分析

4．3 螺旋传动系统运动仿真分析

4．3．1 螺旋传动系统自由度的确定

4．3．2 螺旋传动系统运动学仿真分析

4．4 本章小结

第五章 同心配水器螺旋传动机构的力学分析

5．1 有限元法理论的简介

5．1．1 有限元的基本思路和求解步骤

5．2 螺旋传动机构有限元分析的理论基础

5．2．1 中心筒调节卡槽结构有限元分析的理论基础

5．3 螺旋传动机构的有限元仿真分析

5．3．1 中心筒调节卡槽结构的ANSYS仿真分析

5．4 本章小结

第六章 同心配水器水嘴出流口流场分析

6．1 同心配水管柱的建模与流场分析

6．2 同心配水器水嘴出流口流场的理论分析

6．2．1 同心配水器水嘴出流口模型建立

6．2．2 水嘴出流口液流流量计算模型建立

6．2．3 中心筒不同旋升高度下水嘴出流口面积的确定

6．3 同心配水器水嘴出流口流场的模拟仿真分析

6．3．1 建立同心配水器水嘴出流口流体区域的简化模型

6．3．2 对流体区域模型进行网格划分

6．3．3 水嘴出流口流场的模拟仿真分析

6．4 本章小结

第七章 配套系统的选型

7．1 配套系统概况

7．1．1 配套系统的具体功能

7．1．2 配套系统的组成

7．2 配套系统的选型

7．2．1 封隔器选型分析

7．2．2 井下测调仪、笔记本电脑、TPC控制器选型

7．3 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文