旋转膨胀系统膨胀技术研究.pdf

国内图书分类号:TE358+.4 学校代码:10213
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工学硕士学位论文


旋转膨胀系统膨胀技术的研究






硕士研究生: 刘育良
导师: 张广玉教授
申请学位: 工学硕士
学科: 航空宇航制造工程
所在单位: 机电工程学院
答辩日期: 2010 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TE358+.4
.: 621


Dissertation for the Master Degree in Engineering



RESEARCH ON THE EXPANSION
TECHNOLOGY OF THE ROTARY
EXPANDABLE SYSTEM




Candidate Liu Yuliang
Supervisor Prof. Zhang Guangyu
Academic Degree Applied for Master of Engineering
Manufacturing Engineering and
Specialty Aerospace Vehicle

Affiliation School of Mechatronics Engineering
Date of Defence June, 2010
Degree-Conferring-Institution Harbin Institute of Technology
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
随着各油田开发进入中、后期,套损井越来越多。而套管的损坏将直接影
响油水井的正常生产,甚至导致油水井停产、报废。随着油田开采时间的不断
增长,油水井套管变形损坏的修理工作成为油田开发过程中必须解决的一个重
要问题。在各种修井技术中膨胀管补贴技术优于其它补贴技术,且此项补贴技
术经过发展后被越来越多的油田所应用。但是,在应用该技术的同时发现需要
提供较大的膨胀力,且膨胀后膨胀管会有相当大的轴向收缩。针对上面的问
题,Weatherford 公司改进了膨胀工具的结构,采用旋转膨胀头进行膨胀,克服
了上述缺点。而由于旋转膨胀技术的概念是近年来才提出的,大多数油田还是
处于试验阶段。所以,为了推广此项技术能在广大油田应用,本课题着重对旋
转膨胀系统的膨胀技术进行了研究。
旋转膨胀系统膨胀技术的研究包括旋转膨胀头和膨胀管两方面的研究内
容。对于旋转膨胀头的研究,首先,应用弹塑性理论推导出膨胀力的理论公
式,为定量分析膨胀力的大小提供了依据。以此为基础确定了旋转膨胀头结构
方案,并进行了结构设计。其次,对旋转膨胀系统进行了有限元分析,分析了
衡量膨胀效果的膨胀参数(膨胀力、液压力、最大残余应力、轴向收缩量、壁
厚减薄量)随影响因素(锥角、摩擦系数、定径区长度、旋转角速度)的变
化,得到相应的变化规律。这为旋转膨胀头的设计提供了依据,也验证了理论
分析的正确性。最后,本课题分析了旋转膨胀头在油田常用的三种膨胀工艺下
的膨胀效果,得到适合旋转膨胀头工作的膨胀工艺,这大大提高了修井效率、
保证了工作人员的安全。此外,对于膨胀管的研究,本课题主要分析膨胀管初
始几何缺陷对膨胀效果的影响。经过分析,得到了具有初始几何缺陷的膨胀管
膨胀前后的变化规律。这对于膨胀管的设计具有重要的意义,也进一步完善了
旋转膨胀系统的理论研究。

关键词:套损井;旋转膨胀;弹塑性;有限元分析;膨胀工艺;几何缺陷
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
As the development of each oil field is in medium or later term, the number of
the casing damaged well is ing more and more. And the damaged casing
directly effects normal production of oil-water well in oil fields, even leads to stop
production and scrap of oil-water well. As the time of oil development goes, the
casing repair is ing an important question in the process