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[硕士论文] 邓传奇
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:社会的高速发展和能源需求的提高,对绿色环保提出了新的要求。推动低碳生活,寻求清洁能源,优化能源结构已是刻不容缓。液态天然气LNG是一种热值和经济性较高的清洁能源,对环境污染很小。LNG动力船舶的使用大大降低了河流区域的水污染和空气污染,降低了燃料成本,具有很强的发展潜力。因此,对船用双层C型LNG储罐的分析研究具有重要价值。
  基于相关设计规范,对LNG储罐内主要结构和附件进行了设计、选取。建立储罐三维模型,在四种船舶航行工况下,利用有限元方法对储罐内罐体、外罐体、支撑结构和鞍座等主要部件进行了强度分析,确定了模型的危险区域,研究了内压和介质惯性力对各部件的影响。然后基于船级社相关规范,给出疲劳累积损伤的计算流程,通过公式计算和有限元分析得出各主要部件的疲劳累积损伤度,验证了LNG储罐主要部件的安全性。最后通过有限元软件ANSYS的CFX模块对液体介质晃动情况进行晃动模拟,研究船舶遭受向上颠簸工况时内罐气液分布情况和前封头处静压力变化情况,为储罐安全设计提供参考。
  以安全为目标的船用双层C型LNG储罐的研究,对主要部件进行了设计,为LNG动力船舶的广泛使用提供了理论支持。另外,多工况下的数值计算结果对其他LNG储罐的设计也有一定的参考价值,在天然气储运安全方面有其实用意义,为我国天然气领域的进一步拓展贡献了力量。
[硕士论文] 林磊
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带压作业系统是油田中起下油管不可或缺的系统,分布广,数量多,对于石油工艺而言,意义非常重大。它属于复杂型系统,与油管起下效率、环境污染度密切相关。现阶段,国内带压作业系统控制水平普遍较低,造成系统运行稳定性与效率、污染物排放量无法达到规范要求,一方面给石油工业发展带来阻碍,另一方面使环境与资源压力越来越沉重。
  为解决上述问题,本文以江苏盐城金巨石油机械制造有限公司油井带压作业系统为基础,配合PLC开发油井带压作业智能控制系统。主要研究工作如下:
  (1)智能控制系统控制模型的构建:在分析、研究现有油井带压作业系统的组成、油井带压作业工艺过程的基础上,对油井带压作业系统主要的控制回路进行研究,了解油井带压作业系统的控制对象、控制回路,根据智能控制的要求,选择合适的控制方案;
  (2)智能控制系统硬件设计研究:根据智能控制系统设计的要求,研究并设计控制系统的总体结构、控制系统的运行方式,根据控制系统结构和运行方式的要求,选择合适的硬件(PLC、PLC模块、传感器等);
  (3)智能控制系统软件设计研究:在分析、研究智能控制系统软件需求的基础上,对智能控制系统的程序进行研究设计,根据油井带压作业的控制要求,研究设计数据采集、数据过滤、PID运算、PID参数整定、电气控制等功能模块;
  (4)智能控制系统软件设计仿真:将控制程序导入PLC中,调试程序,并对算法调用效果进行仿真研究,模拟数据报警功能;
  (5)组态设计:应用组态系统设计方法,设计系统登陆界面和系统主界面,完成监控内容实时更新与显示,历史数据查询,数据报警等功能,最后调试系统。
  通过连续仿真和调试,本系统具备高效、节能、易于使用等优点,不但能提高系统综合效率,而且能缓解油井带压作业压力,实用价值十分显著。
[硕士论文] 李蒙
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:钻井泵不仅是往复泵中重要的重要的泵类机械,而且在石油、天然气开采中,具有钻机的心脏的地位。随着石油开采难度的不断加大,对钻井泵性能要求也在不断提高。要求钻井泵具有大排量、大功率、尺寸小、质量轻以及使用可靠、寿命长等优点。由于往复泵行业的专业性和复杂性,往复泵设计通常采用类比法。因往复泵设计的粗放性,使已定型往复泵运行最佳工况与泵的预期设计工况存在较大偏差,不能发挥往复泵的最佳性能,导致往复泵运行效率低,寿命短。
  本课题以某已定型钻井泵为研究对象,将传统设计方法和虚拟样机技术相结合,运用到钻井泵设计中。采用SolidWorks软件建立钻井泵三维模型,将钻井泵三维模型导入到分析软件ADAMS中,建立钻井泵多刚体系统动力学模型;利用往复泵设计相关的理论知识,计算钻井泵关键部件参数,结合液压软件AMESim建立钻井泵液压模型;将钻井泵动力学模型和液压模型通过Adams软件和AMESim软件之间的接口,进行全系统机液耦合仿真,模拟钻井泵实际运行状态。
  通过对钻井泵的虚拟样机测试,研究1关键部件的动力学参数——吸排液阀位移动态特性、速度动态特性;2柱塞工作腔内的压力曲线和排出压力曲线、吸排液阀的流量曲线、总流量特性曲线和钻井泵容积效率等目标参数;3通过改变钻井泵转速和结构参数,测量钻井泵出口处的流量,计算并分析钻井泵转速和结构参数的变化对钻井泵性能的影响。
  课题的研究改进了钻井泵传统的设计方法,不仅提高了泵的设计精度和效率,降低钻井泵的研发周期和成本,而且有利于发挥泵的最佳性能,对泵的运行效率和使用寿命的改善起到了借鉴的作用。
[硕士论文] 陈长沙
软件工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:在实际石化装备工业运行过程中,监控其运行的传感器往往会采集到大量包含状态信息与故障特征的重要信息,可以用于装备的状态监测与故障诊断。当前设备运行的状态变化会时刻影响信号的相关特征参数,根据相关特征参数的分布情况可以间接掌握设备的当前运动状态。因此,状态监测与故障诊断成功与否的前提和关键在于如何从强干扰的机械状态信号中提炼出绝对有用、能够客观评价和判断诊断对象的状态特征。在实际工业现场中,往往存在大量背景干扰噪声、多种未知的机械结构源信号相互耦合以及传感器数目小于源信号数目等多种因素,加之传感器拾取的观测信号的传输过程未知,传感器获取的观测信号往往都是所有可能因素影响以及信号混杂后的结果,因此,难以直接获取有价值的故障特征信息。为了能够准确、高效地提取故障源目标信号,前提必须尽可能地将背景噪声和其他干扰信号进行抑制或排除。
  针对上述问题,本论文面对石化行业装备运行过程中故障诊断存在的问题,以石化装备轴承智能故障诊断系统为切入点,首先展开石化装备故障诊断系统的需求分析,多角度剖析确定系统总体的逻辑框架。然后通过分析石化装备滚动轴承智能故障诊断中数据采集的技术及实现过程,结合数据驱动的思想及优点,分别对石化装备滚动轴承智能故障诊断系统的逻辑框架的三个层面:即数据预处理、数据驱动下基于人工智能的故障诊断、数据驱动下基于统计方法估计盲源分离信号的故障诊断进行分析研究。论文的主要工作及创新之处如下:
  1、数据驱动下改进小波分析的滚动轴承故障信号降噪。基于传统小波阈值降噪原理,提出一种新的改进小波阈值除噪的方法,设计衡量各个尺度下小波系数的标准差估计指标,并基于此构造一种新的自适应的阈值过滤函数,实现对采集信号的过滤去噪预处理,模拟仿真及实例仿真验证均表明其降噪有效性。
  2、数据驱动下耦合交互的滚动轴承复合故障解耦诊断。针对复合故障数据耦合交互特点,首先引入线性判别分析理论,将数据进行解耦映射,采用数据驱动下BP神经网络诊断方法进行解耦模式辨识,考虑到复合故障数据耦合程度较高,提出利用核函数作用下的线性判别分析解耦,进一步采用极限学习机进行模式辨识,将模型进行对比验证其改进的有效性。
  3、数据驱动下滚动轴承复合故障盲源分离辨识与诊断。对于降噪后的复合故障数据,设计盲源分离方法进行分离,引入实际系统误差及观测误差,进一步引入总体最小二乘方法对分离的信号进行优化估计,设计实验仿真验证算法分离辨识信号的能力。
[硕士论文] 江明旭
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国油气输送网络建设的快速发展,在长直运输管道稳步建设的同时,短距离复杂管网的建设速度亦在不断加快。对短距离复杂管网的泄漏检测需求也在提高。但由于管网结构复杂,泄漏信号在管网内传播路径混乱,现有的管道泄漏检测方法并不能直接适用,因此需要一种能够对短距离复杂管网行之有效的泄漏检测方法。
  本文通过对短距离复杂管网结构特点以及国内外现有泄漏检测方法在短距离复杂管网应用中存在的问题进行分析阐述,提出一种基于多压力传感器方向判别结合互相关法声波泄漏定位的泄漏检测方法;在基于声波传感器检测出异常信号的前提下,判断压力异常信号的传播方向,确定泄漏发生的管段;在此基础上,通过管段两端检测到的声波异常信号的延时互相关计算,结合泄漏声波信号在介质中的传播声速和管段长度,确定泄漏位置。依据该方法设计短距离复杂管网泄漏监测系统,研发了以STM32微处理器为核心的数据采集装置并编写相应的数据采集、处理、传输程序,实现多路信号的实时同步采样、数据打包以及基于USB虚拟串行接口的数据传输,同时在服务器上编写管网泄漏监控程序实现数据接收、数据库存储、波形实时显示以及调用泄漏检测定位算法进行泄漏诊断和定位,并将泄漏报警结果记录存储、报警显示。
  在实验室条件下设计并搭建管网泄漏监测实验测试平台,并在平台上进行模拟泄漏测试实验。实验结果表明:本文采用的泄漏检测方法稳定有效,设计的系统运行稳定、可靠,能够及时发现泄漏并准确确定泄漏位置。从而为短距离复杂管网的泄漏检测、定位提供了一种有效的监测手段。
[硕士论文] 张志猛
建筑与土木工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着天然气需求量的逐年增长,天然气供应与需求存在不均衡的矛盾日益突显,为了使稳定的供气与不稳定的需求趋于平衡,长期以来主要采用天然气储备的措施来解决这一矛盾。即用储气设施将用气低峰时期输气系统富余的气量储存起来,在用气高峰时抽出,用以补充供气量进行调峰;或在气源中断、输气系统停输时将天然气抽出,用以保证连续供气。天然气储运是实现天然气利用不可或缺的重要环节,已成为天然气工业中一个重要的技术领域。
  天然气调峰设施主要包括:高压管道、LNG液化接收站、地下储气库(枯竭油气藏、含水地层、地下盐穴、废弃矿坑)等方式。盐穴地下储气库是利用地下较厚的盐层,采用人工方式在盐层中制造洞穴,形成储存空间来存储天然气。由于盐穴储气库类似于密封容器,具有潜在的高供应能力的优点,故特别适合于作为短期调峰型储气库使用。
  本文通过参与建设的“港华金坛盐穴储气库”项目,从投资方方案选择的技术经济分析、工程建设实施情况、工程试运行等方面进行投资方工程投资控制的经济分析,对建设大型储气设施的技术经济分析及实施过程管理做系统研究。
  首先,阐述项目投资方案设计的重要性,从市场需求、目标定位及储气方式分析储气设施规模,拟定投资方案。论证投资方对项目投资方案的要求,总结出该类项目投资方项目投资选择的方法。
  其次,就拟定的项目投资方案进行对比分析,结合建设环境、投资成本及区域发展确定项目投资方案,并对方案进行技术经济可行性分析,讨论项目的可行性,归纳了该类项目可行性研究的内容及方法。
  最后,从项目前期筹备、工程施工管理、工程试运行及评价三个方面进行投资方在项目管理上的研究,总结了投资方在此类项目上的控制流程、措施及规范程序。
[博士论文] 劳立明
机械电子工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:有杆抽油系统在油田采油中占主导地位,是油田能耗的主要组成部分,其运行效率一直备受关注。采用传统游梁式抽油机是有杆抽油系统效率低下的重要原因。受限于游梁抽油机曲柄摇杆的非线性传动方式,尽管出现了各种改进型游梁抽油机,其驱动功率不平衡、电机负载率低、效率低下、工作参数调整困难、体积大质量重等一系列缺点一直存在,并限制了其通过长冲程低冲次运行提高有杆抽油系统效率的能力。因此一系列无游梁式抽油机得到了研发与应用。本文针对提高有杆抽油系统运行效率的目标,尝试将直驱电液技术应用其中,研发了线性平衡驱动的液压抽油机,研究了直驱电液系统的悬点提升位移跟踪控制,并基于井下系统工作动态提出了有杆抽油系统节能运行控制策略,实现了原油开采的节能增效。这些研究为有杆抽油系统效率提升与直驱电液系统应用研究提供了支撑,具有重要的实际应用与学术研究价值。
  本文根据采油悬点载荷的特点,从驱动速度平衡与驱动力平衡角度分析了减小抽油机装机功率、提高电机负荷率进而提高抽油机效率的方法,并由此设计了平衡效果好的直驱电液抽油机。为实现仅可获带噪声位移量测信号且受未知干扰的直驱电液抽油机悬点提升跟踪控制,本文研究了量测噪声环境下的系统状态观测与未知干扰估计方法,进而设计了带干扰补偿的自适应切换增益滑模控制器。在连续时间滑模控制器的基础上,考虑工业控制器的采样控制特性,设计了位移跟踪离散时间滑模控制器。
  在研究高效直驱电液抽油机与悬点提升控制的基础上,进一步研究了有杆抽油系统的节能运行控制。建立了包括抽油杆柱和抽油泵在内的井下系统动态仿真模型,分析比较了不同浮力处理方法在抽油杆柱动态模型中的效果,求解了基于等摩擦功原理的抽油杆柱波动方程粘性阻尼系数。利用井下系统模型仿真比较了油井含气量与悬点运动对抽油泵工况与悬点载荷的影响。进一步考虑油层供油动态,仿真分析了不同采油冲次下油井产油量与系统能耗效率的变化。最终提出了基于抽油泵充满度控制的采油节能控制策略,并设计了由悬点功图求解井下泵充满度的方法。
  论文的主要结构如下:
  第一章,论述了有杆抽油系统节能增效的研究背景及意义,概述了有杆采油系统的工作原理、国内外采油效率研究现状以及液压抽油机的研发现状,并介绍了直驱电液技术的相关研究进展,最后提出了课题的主要研究内容。
  第二章,介绍了直驱电液抽油机的设计、仿真分析与样机功能性试验。给出了本课题液压抽油机的载荷与冲程冲次等主要性能指标。设计了悬点提升曲线及液压驱动与功率平衡方案,并对带气体蓄能的直驱电液系统方案进行了具体设计与器件选型。仿真验证了所设计液压抽油机的性能,并对样机进行了轻载挂重的连续运行试验与传动效率分析。
  第三章,针对直驱电液抽油机仅位移可测且带随机噪声,存在系统参数不确定性及未知负载力扰动下的悬点提升位移跟踪问题,设计了连续时间滑模控制器。结合电机矢量控制与液压动态建立了直驱电液系统的动态模型。比较了基于滑模观测器、跟踪微分器与Kalman扩张观测器的状态观测与干扰估计效果。设计了基于理想切换增益的切换增益自适应律。仿真与实验比较了控制算法的性能。
  第四章,研究了直驱电液抽油机悬点提升采样控制时的离散滑模控制器。讨论了离散滑模趋近律问题,分析了准滑模带宽与干扰补偿误差的关系,研究了给定降维系统性能下的滑模面设计方法。分析了前步干扰补偿可能导致的系统不稳定,并提出在滑模控制器输出与系统输入间引入一阶输入滤波器,分析了引入输入滤波器后系统的稳定性判断方法。
  第五章,建立了包括三维定向井抽油杆柱与抽油泵在内的井下系统联合仿真模型,给出了其数值求解方法,并利用仿真模型比较了油层含气量和不同悬点运动曲线对采油作业的影响。讨论了抽油杆柱动态模型中不同浮力处理方法的影响与效果,以及基于等摩擦功求解了的其等效粘性阻尼系数。
  第六章,研究了供采匹配问题,提出了有杆抽油系统节能控制策略。联合油井流入动态与井下系统模型仿真了不同冲次时的供采平衡状态。分析了冲次提高对油井产油量与井下系统效率的影响。提出了维持一定泵充满度的采油效率优化控制策略。对优化控制策略中的抽油泵充满度判断问题,研究了基于泵端位移-载荷曲线一阶、二阶导数的判断方法。
  第七章,对本文的主要研究工作和结论进行了总结归纳,阐述了本文的创新点,并对下步研究工作进行了展望。
[硕士论文] 韩昱晨
机械工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:钻井岩屑是指石油钻井过程中地下岩石被钻头破碎后,随钻井液被带到地面上的岩石碎块,钻井岩屑根据地形地层的不同,形态形状往往差距较大,由于可以直接反映井下状况,是地质录井中重要的地质资料。
  钻井岩屑根据颗粒大小分为泥岩、砂岩,泥岩成岩性差,易溶于水;钻井岩屑颗粒直径分布在0.16mm-8mm之间,对于一般取样泵会造成磨损;目前常用的分离设备入钻井液振动筛其筛网寿命一般在10-40天,难以满足录井自动化的要求,所以,长期以来国内外采用人工捞取的方法,工作强度大,效率低,已无法满足快速钻井的需求,影响录井行业自动化的发展。
  为了实现录井自动化,根据钻井岩屑全自动清洗设备研制项目的要求,通过钻井岩屑自动取样系统关键技术的理论分析和计算,研制了钻井岩屑自动取样系统。该系统主要由取样泵、钻井岩屑固液分离设备、回用泵组成,其特点是采用机动方式从高架槽中抽取含有岩屑的钻井液,采用专利技术的分离设备分离后,钻井液返回泥浆池循环使用,设备可靠性强,得到的岩屑易清洗,岩屑的代表性强,反映的地质剖面连贯性强;系统与录井平台系统对接,实现闭环控制,满足了自动化录井岩屑对颗粒直径和重量的要求。
  本系统于2016年7月在青海油田狮45井、东德3井进行试验验证,性能指标达到设计要求,具有一定的实用价值。
[硕士论文] 卢盛灿
船舶与海洋工程 集美大学 2017(学位年度)
摘要:海底石油管道被称为油田的生命线,随着海底石油资源开采和石油长距离运输不断增多,因管道泄漏而发生的溢油事故也逐年增多,这些溢油事故不但存在较大的安全隐患,而且对海洋环境造成不可估量的破坏。因此,为了给溢油事故的应急响应提供重要信息,对溢油在水中扩散特性的研究极为重要。基于此,本文对水下管道水平泄漏的溢油运动进行实验及数值模拟。论文主要工作如下:
  首先,在水箱内进行了水下管道的泄漏实验,分析了泄漏孔径及管内压力对羽流运动的影响。实验结果表明:管道内压力及泄漏孔径对泄漏流量及所形成油滴的直径有重要影响。在一定的雷诺数及压力下,泄漏孔径越大,油滴的尺寸也越大,且泄漏流量也越大。此外,随着管道内压力及孔径佛汝德数的增大,油液到达水面的时间增长,泄漏流量也随之增大。
  其次,采用商业软件FLUENT对单相油及油气两相流体的水平泄漏进行了数值模拟。考虑海流流速、油滴的尺寸、含气率等因素的影响,详细分析了单相流体及油气两相流体的运动特点,数值计算结果表明:对于单相流体泄漏,除了管道内压力之外,海流流速、油滴尺寸都是影响溢油上升到水面时间的重要因素。海流流速越大,溢油上升到水面的时间越长;油滴尺寸越大,溢油上升的速度也越快。对于油气两相流体泄漏,随着含气率增高,羽流紊流程度逐渐提高,卷吸作用增强,溢油上升到水面的时间缩短。
  最后,对实验结果与模拟结果进行了对比分析,结果表明:实验模拟的羽流运动形态与数值模拟的羽流运动形态基本一致,数值模拟更好地弥补了由于实验条件限制而没有考虑的因素。在以上研究基础上对数值模拟结果进行灵敏度分析,分析结果为泄漏事故采取应急措施提供一定依据。
[硕士论文] 周盼
控制科学与工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:油井动液面深度的准确检测对于提高采油效率具有重要意义。目前主流的回波法存在发声装置不够安全可靠和液面反射波难以辨识的缺陷,还不能较好地满足油田的开采要求。贾威等人提出了基于管柱声场模型的油井动液面检测方法,为复杂油井动液面深度检测提供了一种新的途径。本文在此新方法的基础上做了进一步研究,提高了检测精度。
  首先,对共振模型进行改进,建立了相邻两阶共振频率的间距Δf与动液面深度的数学模型,有效避免了辨识fn的阶数n的问题。
  其次,油田生产中瞬间脉冲声波可激发油井套管中空气柱共振,但共振声波能量衰减严重,非常不利于检测。针对这一缺陷,采用连续白噪声的发声方式,可激发井下空气柱产生多阶频率的共振;且通过在井口连续发声,可不停地给井下的共振声波补充能量。
  再次,针对共振声波中包含大量的随机白噪声、各种障碍物的反射声波和井下电机运转产生的机械噪声,提出了一种基于Welch功率谱估计的频谱FFT方法,可极大地消除噪声的干扰,准确方便地提取出了共振谐波的频率差。
  此外,针对 FFT变换中由于频谱泄漏和栅栏效应导致频率值存在误差的问题,研究了目前国内外经典常用的插值 FFT算法。通过分析发现,现有算法的校正精度不够稳定且与频率偏差存在很大关系。提出了一种改进的迭代插值算法,校正精度高有了进一步提高。利用此方法对 Welch功率谱估计的FFT结果进行校正,进一步提高了动液面的检测精度。
  最后,将以上信号处理的方法用于模拟井下套管的管道长度检测实验中,130米内管道长度的检测误差在0.5米以内,验证了课题信号处理方法的可行性。
[硕士论文] 孙柯
控制工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:随着现代钻井技术的发展,智能导向钻井新技术的研制和开发成为钻井领域的重要研究方向。下行通讯技术是实现地面监控系统对井下钻井工具钻井轨迹实时控制和调整的关键技术之一。本文选取三降三升钻井液负脉冲信号下传方式,利用井下涡轮电机实现对下行传输指令的接收,完成了对下行指令包含的导向力和工具面角等参数的解码。
  本文在简要介绍了旋转导向钻井系统的组成和下行通讯技术基本原理,以三降三升编码理论为依据,设计了地面下传的指令编码,建立了导向钻井地面指令编码与导向力关系;针对钻铤中的空间尺寸和井下工作条件限制,设计了以井下涡轮电机作为信号接收器的硬件电路,实现了对钻井液排量变化的检测;针对井下泥浆负脉冲的脉宽识别进行了研究,设计了以Stm32微处理器为核心的解码软件程序,利用软件阈值识别的方法对井下脉宽进行了解码,并在软件程序中设计了对干扰信号的识别和剔除;利用地面模拟实验装置对地面传输指令编码、井下解码电路和软件程序进行了实验测试,实验结果验证了指令编码、硬件电路和软件程序的可行性。
[硕士论文] 王文平
机械电子工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:旋转导向钻井技术是一项以旋转导向钻井工具为核心的尖端自动化钻井技术。当前对于非常规油气资源的开发,特别是页岩气的开发,对钻井技术的要求越来越高。常规的旋转导向钻井工具对于满足非常规油气资源开采所需要的大位移井或丛式水平井的钻探,具有造斜能力不强、作业成本高等问题。针对非常规油气资源开发所面临的挑战,设计了一种新型高造斜率旋转导向钻井工具。它除具有常规旋转导向钻井工具的起下钻次数少、机械钻速高、钻井作业效率高、井眼轨迹控制精确等的优势外,还具有造斜能力强、造斜率可控范围宽、造斜点可以较深等特征。
  本文通过分析推靠式旋转导向钻井工具和指向式旋转导向钻井工具的工作原理,结合两者的优点,设计了高造斜率旋转导向钻井工具的结构,分析了高造斜率旋转导向钻井工具的工作原理;利用 SolidWorks三维建模软件,建立了工具的数字化样机;利用ANSYS有限元分析软件,分析了钻压传递装置和扭矩传递装置的强度;采用纵横弯曲法和三点定圆法,建立了下部钻具组合的力学模型,分析了下部钻具组合的受力与变形,推导了三弯矩方程组、钻头处侧向力和造斜率的计算公式,利用极限曲率法计算工具的理论造斜率,最大值为10.45?/30m;利用计算实例,通过对影响下部钻具组合造斜能力的因素进行分析,得到已钻井身曲率、钻头指向偏角、井斜角对下部钻具组合的造斜能力影响明显;通过分析控制轴的受力情况,完成了控制轴的动力学分析,得到了动力学方程。通过以上工作,说明了高造斜率旋转导向钻具工具的优势,以及方案的可行性,为高造斜率旋转导向钻具工具的研究与开发提供了理论依据。
[硕士论文] 李婷
材料物理与化学 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:本文在高钢级油套管用钢理化性能测试分析的基础上,利用 NACE TM0177-2013标准A法、四点弯曲法和双悬臂梁法分析P110、C110和125S三种高钢级油套管材料在硫化氢腐蚀环境下的应力开裂规律;运用Devanathan-Stachurski双电解池技术,研究高钢级油套管用钢的氢渗透行为及影响因素,探讨其SSC抗力与氢通量、氢含量之间的关系。结果表明:与P110钢相比,C110和125S钢的组织更加细小,夹杂物呈球形,晶粒内有较高密度的位错和弥散分布的碳化物;相比于P110、125S钢,C110钢硬度最低,冲击功最高,通过了NACE TM0177-2013标准规定的抗SSC性能检测,具有良好的抗硫化物应力开裂性能。随着加载应力水平和阴极保护电位的升高,高强度油套管用钢的SSC敏感性增强;但随着温度升高,高强度油套管用钢的SSC敏感性明显降低,其在高温环境下的KISSC值更高,抗SSC性能增强。
  氢渗透行为研究的结果表明,在5%wt NaCl溶液和NACE TM0177-2013标准A溶液两种溶液体系中,随着H2S分压的增大、溶液pH值的降低和外加阴极电位的增大,高强度油套管用钢的稳态氢渗透电流密度增大,次表面氢浓度升高。高强度油套管用钢的次表面氢浓度和可扩散氢含量随温度升高、腐蚀时间的延长呈先上升后降低的趋势,并且其可扩散氢含量在腐蚀168 h后(24±3℃)达到最大值。
  在腐蚀环境一致条件下,具有典型Cr-Mo钢成分设计的C110油套管具有良好的抗SSC性能;成分设计与C110基本相同的125S油套管的强度增大,显微组织结构进一步细化,位错、晶界、亚晶界等亚结构数量明显增多,在金属内部存在的“氢陷阱”增多,导致其内部可扩散氢含量及次表面氢浓度增大,SSC敏感性增强。
[硕士论文] 蔡贝
控制科学与工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:能够实时、准确地测出近钻头处的井眼轨迹参数是井下工具姿态测量的关键。为了获得高精度的井斜角和工具面角等姿态参数,实现对井眼轨迹的有效控制,通常采用由加速度计、磁通门或者陀螺仪等惯性器件组合而成的姿态传感器来完成井下姿态参数的测量。
  结合惯性技术测量原理和姿态参数测量理论,推导出了姿态传感器输出与姿态参数之间的三角函数关系。对该三角函数关系进行分析,可得井斜角和工具面角的计算公式。提出了通过模拟解算电路来求解姿态角的方法,最终选定利用高精度函数发生器AD639和模拟乘/除法器AD734为主的芯片,设计除法电路来实现对工具面角的模拟解耦与计算。
  采用定井斜和变井斜两种方式,利用离散测试与连续测量相结合的方法对电路进行了验证,并对所得数据进行误差分析与计算。可得出在45°定井斜时,电路解算误差最小,最小误差为0.098°,平均误差为0.1742°;在0至90°变井斜时,最小误差为0.096°,平均误差为0.2543°,最大误差保持在0.5°以内。
  所得数据表明,文中提出的解算方案可行,试验电路解算精度良好,满足设计要求,可以实现井下工具姿态测量的模拟解耦与计算。
[硕士论文] 佘舟
油气井工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:智能井完井技术是近十几年发展起来的一项新技术。该技术可以实时监测油藏生产动态,远程控制油气井生产,在无调停作业条件下实现远程控制油气井各生产层的重新配产,降低或消除修井、调停作业次数,增加对油藏信息的了解,降低油藏地质的严重非均质性对生产的影响,加快油气田生产效率,提高最终采收率。
  智能井完井管柱是智能井系统中的重要一环,其上涉及封隔器,传感器,流量控制设备等关键设备。流量控制设备(ICV和ICD)是智能井的核心,智能井完井管柱优化设计最关键问题就是对ICV和ICD的优选问题,即如何建立一套科学合理的优化设计方法,来对ICV和ICD进行优选。
  针对该问题,本文通过调研国内外大量文献对目前智能井完井管柱关键设备做了简要介绍,然后深入研究如何优选ICD和ICV的关键设计参数。通过介绍ICD和ICV各自的流动模型,引出设计中需要调整的关键参数,将油井的累积含量作为优化目标函数,构建控制阀设计参数优化数学模型,利用内点法求解非线性约束最优化问题,从而确定最佳设计参数,为后期的不同完井方式的模拟对比准备。
  通过模拟验证不同的完井方式的经济价值,以整体成本作为评价对象,综合对比了在经济敏感因素条件下传统完井方式、ICD完井方式、以及ICV完井方式的优选。最终研究结果表明,无论是ICD还是ICV完井方式在利润率方面都优越于传统完井方式。通过ICD与ICV对比,ICV的利润较ICD低,但ICD控制阀无法调控,而ICV具有实时调控的能力,应用更加灵活。希望本文能为智能井完井管柱设计提供一定借鉴。
[硕士论文] 佘雅婷
测试计量技术及仪器 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:在石油测井中,感应测井是重要的电测井方法。感应测井通常于裸眼井中进行,但实际中除勘探油气井或新钻油气井外,几乎所有的井都要使用金属套管以确保油井稳定。研究套管井时,因为有金属套管的影响,使得井内接收线圈上接收的由二次电磁场生成的感生电动势,不仅与地层有关,而且还与金属套管有关。研究金属套管对感应测井的影响规律,消除金属套管影响,校正后的数据可采用成熟的裸眼井感应测井方法来进行数据处理。因此,研究和校正金属套管几何参数和材料参数对套管井感应测井的影响显得非常重要。
  研究内容主要包括以下四个方面。首先,介绍了双线圈系感应测井方法的基本原理,推导出套管井感应测井模型在三介质中电场分量、磁场分量在柱坐标系下的表达式。为建立套管井感应测井模型以及套管井感应测井响应特性研究奠定理论基础。其次,使用COMSOL软件建立套管井以及裸眼井感应测井模型。再次,在建立的物理模型基础上,分别改变地层电导率、发射电流频率、套管电导率、套管磁导率、套管厚度等参数,得到不同的感应测井模型。分别研究裸眼井以及套管井中电磁场分布特点和不同地层电导率测井响应规律;研究发射电流频率对套管井电磁场分布的影响,确定激励频率与套管参数之间的关系规律;在确定激励频率和地层参数的情况下研究套管参数如电导率、磁导率、厚度对电磁场分布的影响规律。最后,研究校正技术。
  本课题研究了均匀地层下均匀金属套管参数对套管井感应测井响应的影响规律,为后续研究非均匀金属套管参数的影响规律以及非均匀地层下金属套管参数的影响规律奠定了基础。
[硕士论文] 李雨丹
控制科学与工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:通过在井下安装传感器和ICV(地层流体控制阀),智能井系统可以实时地监测地层油气藏的动态,并实现对地层流体的实时动态控制,故智能井能有效提高油气藏的开采效率和最终采收率,因此得到了广泛的重视。
  地层流体控制阀是智能井系统的关键,而阀门开度的实时自动检测则是实现阀门实时自动控制的前提。论文针对井下复杂环境,研制了一套滑套式地层流体控制阀开度检测系统,主要研究内容如下:
  1.对比分析了几种非接触式的位移检测原理,以 LVDT(差动式位移检测传感器)位移检测传感器作为技术参考,提出了滑套阀开度检测传感器的结构设计,推导了阀门开度与传感器输出信号的关系,证明所设计的三线制电感式位移传感器的输出信号与阀门开度具有稳定的非线性关系;
  2.研制了一种三线制开度检测传感器,实验验证了所推导的输出信号与阀门开度的关系与实际情况是相符的,并依据实验结果对传感器的结构参数做了优化,对传感器和阀门进行了组合装配,验证了传感器结构设计的合理性;
  3.针对井下高温环境的特殊要求,为所研制的井下滑套阀开度检测传感器设计了信号处理装置,给出了电路原理和主要软件的设计说明;
  4.研究分析了阀门开度检测传感器的温度特性,建立了开度、温度和输出信号的关系方程,得出了信号将随温度的变化而非线性变化的结论,并通过测试试验和数值仿真作了进一步的验证;滑套阀开度检测系统信号处理电路的温度特性测试表明信号处理电路亦呈现非线性变化的特征;
  5.针对温度变化所导致的由测量信号不能直接计算得到开度值的问题,提出了一种线性逼近的简化处理方法,基于测试实验数据,每隔5℃建立了一个线性拟合方程,从而可以由测量信号解算得出较为准确的阀门开度值。采用实测数据对该近似处理方法的验算表明,阀门开度检测系统在20-125℃的温度范围内,阀门开度测量的最大相对误差不超过10%。
  这些研究工作为研制地层流体控制装置提供了实用参考。
[硕士论文] 李宇腾
测试计量技术及仪器 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:水平井技术越来越受到石油业界的关注,已成为最重要的油田开发技术之一,代表了新世纪石油技术的发展方向。水平井技术在给油气田开发带来巨大效益的同时也给测井等工程技术带来了新的课题。在水平井条件下,地层界面与井眼轨迹接近平行,感应测井仪器响应随地层电导率的变化规律与垂直井相比具有较大差别。直井中基于几何因子的信号处理方法不再适用,必须通过建立三维正演数值模拟方法进行研究。本文选择高分辨率阵列感应测井仪(HDIL),利用 COMSOL多物理场有限元软件进行正演计算,建立水平井信息库。计算在不同地层参数和几何参数时水平井响应特性,并对钻遇断层时水平井响应特性进行分析。最后设计了基于信息库的反演方法,并将该方法应用于实际生产中,取得良好的效果,为水平井中阵列感应测井解释提供理论依据。研究内容主要为以下五部分。
  第一部分主要论述了建立数值计算模型过程和阵列感应测井仪器结构。首先分析了实际水平井的地层结构特征,基于COMSOL软件建立了三层地层模型结构阵列感应测井水平井模型,并详细阐述了建模中网格剖分的流程及处理方法,将计算得到数值解与解析解比较后确定模型的适用性。最后对高分辨率阵列感应测井仪器HDIL的线圈系结构及主要技术指标做了说明。
  第二部分研究了水平井中阵列感应测井快速正演和响应信息库建立的方法及过程。首先通过分析大庆油田的地层信息确立了响应信息库的主要参数及其计算范围,然后设计六参数插值方法快速计算响应。最后分析了不同类型井眼轨迹中不同子阵列及不同频率时的响应曲线变化规律,为反演方法的设计提供依据。
  第三部分对钻遇断层水平井中阵列感应测井响应特性进行研究分析。首先研究钻遇断层水平井模型及网格剖分,然后详细分析了断块地层中断层位置、断层面倾斜角、断距以及地层电导率对比度等因素变化时的测井响应变化规律,提出了利用曲线响应特征预测断层位置和估算断层倾斜角度的方法。
  第四部分研究了基于信息库的水平井阵列感应测井反演方法及应用。首先分析了常规阵列感应测井反演方法的数学模型和迭代方法,确立基于响应信息库的反演方法,然后对测井响应进行井眼轨迹和地层电导率反演结果分析。最后,以肇平6水平井为例,分析了基于信息库的正反演方法应用效果。
  第五部分开发了水平井阵列感应测井正反演应用软件。基于MATLAB/GUI平台,编程设计了水平井快速正反演软件,可以实现给定三层地质模型和井眼轨迹,快速绘制沿所设井眼轨迹的测井响应;给定三层模型工作频率、仪器相对倾角、目的层厚度、目的层电阻率、上围岩电阻率和下围岩电阻率中的任意5个参数,实现计算测井响应随剩余1个参数变化的响应特性,可用于制作三层模型响应图版;给定测井响应和模型参数,可实现地层参数和几何参数的快速反演。软件界面友好,可以满足工程需求。
[硕士论文] 郝帆帆
油气田开发工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,2000m以上的深抽井不断增加,超高强度抽油杆的应用比例逐年上涨,为建立抽油杆类型选择的方法,开展超高强度抽油杆使用深度技术界限研究。使用深度技术界限是指普通抽油杆与超高强度抽油杆的某一指标开始产生差异时的使用深度值,其计算过程中,进行了以下研究:
  (1)分析超高强度抽油杆疲劳试验数据,发现数据不再满足以往P-S-N曲线拟合的假定条件,针对超高强度抽油杆提出了的P-S-N曲线拟合的新方法:用Box-Cox变量变换法预处理数据,用三参数模型进行拟合。另外首次使用新方法拟合超高强度抽油杆的P-S-N曲线,并计算出相应的许用应力。
  (2)基于许用应力值,提出抽油杆优化设计的方法,即给定设计产量和使用深度,寻找所有满足要求的抽油参数组合,设计各抽油参数组合下的抽油杆柱组合方式,计算相应评价指标。评价指标最小值被称为优化评价指标EI,据此得出优化后的抽油参数和抽油杆柱组合。
  (3)提出评价指标的概念。推导吨液百米耗能的计算公式,将与产液性能和设备参数无关的部分定义为评价指标,用于评价抽油杆柱组合和抽油参数的优度。
  (4)绘制给定设计产量下,不同使用深度与优化评价指标的关系曲线,找出使用深度技术界限。扩展计算出不同设计产量下的使用深度技术界限,绘制相应图版,也就是抽油杆类型选择图,并对其进行数字化处理,得出抽油杆选择方法,将其应用到抽油杆优化设计的实例中。
  (5)以上研究内容涉及大量复杂计算,使用Visual Basic语言编制超高强度抽油杆优化设计程序,解决迭代和大量计算的问题。
[硕士论文] 向世静
计算机技术 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:针对当前石油钻井物料清单信息分布广、数据量大、类型繁多而难以管理的问题,通过分析大数据和钻井物料清单的国内外研究现状,设计提出基于Hadoop的钻井物料清单系统软件体系架构,并研究给出基于MapReduce的钻井物料清单数据信息的分析算法。本文的研究工作具体包括以下几个方面:
  第一,对钻井物料清单的结构及其管理特点进行了分析和概述,指出当前钻井物料清单管理中所存在的一些问题,在对钻井物料清单的研究现状概述的基础上,论述了在大数据时代下,对钻井物料清单进行管理分析的重要性和必要性。
  第二,将 Hadoop的软件体系架构应用到石油钻井物料信息管理中,构建了基于Hadoop的钻井物料清单信息的分布式管理系统软件体系架构,实现了大数据环境下对石油钻井物料清单的分布式管理,为网络环境下石油钻井物料信息的分布式存储和有效管理提供了新的思路和方法。
  第三,采用MapReduce的编程模式与方法,研究基于MapReduce的钻井物料清单数据信息的分析算法,实现大数据环境下对钻井物料清单的实时并行分析,提高数据信息的利用率。
  第四,开发实现了基于Hadoop的钻井物料清单原型系统,为石油钻井行业钻井物料清单管理提供辅助支持,并简要介绍了系统的实现结果。
  采用大数据技术分析处理钻井物料清单数据,能够充分降低石油钻井企业成本,提高企业数据管理效率,为大数据时代的钻井物料清单数据的快速分析处理带来新的曙光。
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