【摘要】：海上稠油熱采管柱是一類重要的井筒工具系統(tǒng)。受井筒環(huán)境、海上熱采和作業(yè)工況影響,管柱結構變形屬于柔性、非線性接觸力學問題:管柱在生產(chǎn)過程中承受重力、壓力以及熱采應力,并與套管動態(tài)接觸,導致管柱結構失穩(wěn)破壞和功能失效;完井與修井作業(yè)過程中管柱下入和上提,管柱—套管之間的接觸和摩擦縮短了管柱使用壽命;針對上述問題,本文開展了以下幾方面的工作:1、采用圓柱螺線法計算井眼軌跡參數(shù);對管柱下放、上提和注汽3個過程進行研究,建立非線性有限元力學模型,采用三維梁單元,在節(jié)點坐標系下矩陣組裝,用改進的平方根法求解大型帶狀方程組,用彈簧迭代的方法求解非線性接觸,得出管柱下放、上提和注汽過程數(shù)值分析結果;2、通過對管柱整個下放、上提過程的管柱—套管接觸和摩擦力分布情況,結合井眼軌跡參數(shù),設計扶正器的位置和數(shù)量;根據(jù)注汽過程隔熱油管底端的位移,設計熱補償器的行程;根據(jù)對管柱整個下放、上提過程的大鉤載荷分析,從力學條件上研究了管柱可下入性;采用第四強度理論,對管柱下放、上提和注汽過程進行強度校核;3、使用Visual Basic 2010開發(fā)了多元熱流體熱采注入管柱優(yōu)化設計系統(tǒng),包括基礎數(shù)據(jù)、井眼軌跡描述、管柱載荷分析、管柱有限元分析、配套工具布局設計、管柱結構組合、可下入性分析、管柱結構安全評價、管柱結構優(yōu)化、施工報告輸出、行業(yè)標準和幫助等十二大模塊,對熱采管柱進行結構設計和強度分析,為海上熱采管柱設計優(yōu)化提供技術支持。
[Abstract]:Offshore heavy oil thermal recovery string is an important wellbore tool system. Influenced by wellbore environment, offshore thermal recovery and working conditions, string structure deformation belongs to flexible, nonlinear contact mechanics problem: pipe string is subjected to gravity, pressure and thermal mining stress during production, and is in dynamic contact with casing. The failure of string structure and failure of function, the contact and friction between string and casing shorten the service life of string during well completion and workover operation. In this paper, we have carried out the following work: 1, using the cylindrical spiral method to calculate the wellbore trajectory parameters, studying the three processes of pipe string down, lifting and steam injection, establishing a nonlinear finite element mechanical model, and using three dimensional beam element. In the nodal coordinate system, the matrix is assembled, the improved square root method is used to solve the large-scale banded equations, and the spring iteration method is used to solve the nonlinear contact. The numerical analysis results of the down-down, up-lift and steam injection process of the pipe string are obtained. The position and quantity of centralizer are designed according to the distribution of tube-casing contact and friction force in the lifting process, and the stroke of heat compensator is designed according to the displacement of the bottom end of heat insulation tubing during steam injection. According to the large hook load analysis of the whole down-down and up-lift process of the string, the down-entry property of the string is studied from the mechanical condition, and the fourth strength theory is used to lower the string. The optimization design system of heat recovery injection string for multi-element heat flux is developed by using Visual Basic 2010, which includes basic data, well trajectory description, string load analysis and finite element analysis of pipe string, including basic data, wellbore trajectory description, string load analysis and finite element analysis. Twelve modules, such as layout design of matching tools, string structure combination, downhill analysis, string structural safety evaluation, string structure optimization, construction report output, industry standard and help, etc. are used to design and analyze the structure and strength of hot mining pipe string. To provide technical support for the design optimization of offshore thermal mining pipe string.
【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE952

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