随钻地层压力测量装置的设计与仿真研究

论文摘要

在长期的石油工程实践中,经常遇到地层孔隙流体压力超过静水压力的现象。异常高压地层分布范围广泛,严重影响钻井人员和钻井设备的安全,因此准确检测地层压力是进行安全有效钻井的前提,同时地层孔隙压力也是油藏描述的一个重要参数。随着油气勘探开发任务的加大,国内石油钻井中对随钻地层压力测量仪器的需求量不断增多。以三大石油测井公司为代表的多家单位陆续开发出新型的随钻地层压力测量设备,而且已经商业化。然而国内在此领域的研究尚处于起步阶段,为了早日实现该系列产品的国产化和产业化,本文针对随钻地层压力测量装置的执行机构和动力驱动方案进行了相关设计和仿真分析。本文首先对随钻地层压力测量装置进行了总体方案设计,整套装置包含执行机构、动力驱动模块、数据采集处理模块三部分。其中执行机构采用对称直推探头的形式,用于完成密封采样的过程,并且为动力驱动模块和数据采集处理模块的安装提供空间;动力驱动模块采用使用电磁阀的液压驱动的方式,用来为执行机构提供必要的驱动力;数据采集处理模块负责将传感器采集到的信号进行处理并通过无线通信设备传递到地面的接收设备。其次,对执行机构进行了分析,在受力最大的工况下对其进行了受力分析,使用有限元分析软件对关键零件进行了仿真分析,得到了它们的应力云图,并对关键零件进行了结构优化,减小了零件自身的应力和体积,降低了其对机械本体强度的影响,为最终尺寸的确定提供了依据。最后,使用液压仿真分析软件对其液压驱动系统进行了仿真分析,得到液压系统运行过程中各个参数的变化情况,根据仿真结果对方案进行了改进,最终的仿真结果显示液压驱动系统方案设计是合理可行的。通过液压驱动模块的对比试验,证明其能够满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 随钻压力测量技术及其特点
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 随钻地层压力测量技术研究现状
• 1.3.2 有限元技术在随钻设备中的应用
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 随钻地层测压装置总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 随钻地层测压装置总体方案
• 2.3 执行机构方案
• 2.3.1 执行机构结构形式
• 2.3.2 执行机构关键参数的计算
• 2.4 驱动系统方案
• 2.4.1 全液压驱动方案
• 2.4.2 使用电磁阀的驱动方案
• 2.4.3 两套液压驱动方案的比较
• 2.4.4 液压驱动系统液压元件参数计算
• 2.5 数据采集处理模块方案
• 2.6 本章小结
• 第3章 执行机构有限元仿真与优化
• 3.1 引言
• 3.2 执行机构关键零件的有限元分析
• 3.2.1 ANSYS WORKBENCH 介绍
• 3.2.2 执行机构受力分析
• 3.2.3 工作装置有限元模型的建立
• 3.2.4 工作装置有限元分析结果
• 3.3 关键零件的优化设计
• 3.3.1 优化设计概述
• 3.3.2 建立参数化的有限元模型
• 3.3.3 优化设计的基本过程
• 3.3.4 优化结果分析
• 3.4 探头组件的模态分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 液压驱动系统仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 AMESim 仿真平台简介
• 4.3 液压系统建模与参数设置
• 4.4 液压系统仿真结果分析
• 4.4.1 二位四通电磁阀换向过程的冲击
• 4.4.2 二位二通电磁阀换向冲击
• 4.4.3 执行机构的位移情况
• 4.4.4 探头组件的推靠力
• 4.4.5 采样室内压力变化
• 4.5 液压驱动模块试验
• 4.5.1 试验设备
• 4.5.2 液压驱动模块试验过程
• 4.5.3 试验结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢