文献综述-水力深穿透工具的三维设计与仿真..docVIP

文 献 综 述 报 告 本人研究的课题内容为深穿透水力射孔技术，因此在调研工作阶段，我主要阅读和收集了有关水射流技术、油气井的深穿透水力射孔技术、有限元分析、流体力学方面的文献资料和专利文献，同时还参考了一些关于系统建模、机械最优化设计方面的资料。下面就对我所阅读过的文献资料做一下综述。 一、国外油气井的深穿透水力射孔技术现状以及我国发展状况 水射流技术应用研究始于1945年。而高压水射流技术则是这一领域近三十年来发展起来的一门新技术,目前正广泛应用于煤炭、化工、船舶、交通、建筑、石油等行业切割破岩、清洗除锈等。该技术的应用对提高工效、降低成本、减轻劳动强度及改善工作环境起到了积极作用。随着高压水射流技术的发展,近半个世纪以来,它在石油勘探开发工程中的应用也取得了长足发展。国外80年代.、国内90年代正在开展的深穿透水力射孔技术.,是油田完井工程中增产、增注,提高原油采收率的一项新工艺,是高压水射流技术顺应当今世界”深穿透高孔密”采油技术发展方向而开展的先进技术。 1984年美国Penetrators公司首先开展了深穿透水力射孔装置的研制,历时6a,至1989年研制出可以进入地层10ft的”喷管”时液力穿孔系统,并分别于1987、、、从事石油工程研究的院士沈中厚从事射流技基础理论研究及其在石油钻井工程中应用的研究，将射流技术与钻井工程相结合，在钻井技术上获得了重大发展和多项发明，并在工业应用上取得了显著经济效益，为石油钻井工程应用新技术和经济效益开辟了一条新的途径，作出了创造性的贡献。“我们估计，后一步在石油工业的展望里头，我们把现在已经取得的这样一些科研成果，和将要取得的一些科研成果，配套过来，将来在开发我国的低渗透的有机层会大有作用，低渗透的有机层在我们国家，根据目前拿到的储量看，大体上在40亿吨，占我国已经拿到储量的25％，唯一现在没有开发动用的，就是这部分低层的油气层。因为低层的油气层用现在传统的方法来开采，是采不出来的。我们现在准备，用前边所讲过的这么个技术。第一个就是用高压水射流钻头径向水平井技术，第二个就是用深穿透射孔技术，配合起来，我们估计可以进一步解决我国低渗透油气层的开发。”钻井完成时，需下套管注水泥将井壁固定住，然后下入射孔器，将套管、水泥环直至油(气)层射开，为油、气流入井筒内打开通道，称做射孔。目前国内外广泛使用的射孔器有枪弹式射孔器和聚能喷流式射孔器两大类。 1） 物体离散化 将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。离散后单元于单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点的设置、性质、数目等应视问 题的性质，描述变形形态的需要和计算进度而定（一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大）。所以有限元中分析的结构已不是原有 的物体或结构物，而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样，用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理，则所获得的结果就与实际情况相符合。 2） 单元特性分析 A、选择位移模式 在有限单元法中，选择节点位移作为节能位置粮食成为唯一法；选择节点力作为基本未 知量时称为力法；取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。位移法易于实现计算自动化，所以，在有限 单元法中位移法应用范围最广。 当采用位移法时，物体或结构物离散化之后，就可把单元总的一些物理量如位移，应变和应力等由节点位移来表示。这时可以对单元中位移的分布采用一些能逼近原函数的近 似函数予以描 述。通常，有限元法我们就将位移表示为坐标变量的简单函数。这种函数称为位移模式或位移函数，如y=a其中a是待定系数，y是与坐标有关的某种函数。 B、分析单元的力学性质根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义等，找出单元节点力和节点位移的关系式，这是单元分析中的关键一步。此时需要应用弹性力学中的几何方 程和物理方程来建立力和位移的方程式，从而导出单元刚 度矩阵，这是有限元法的基本 步骤之一。 C、 计算等效节点力物体离散化后，假定力是通过节点从一个单元 传递到另一个单元。但是，对于实际的连续体，力是从单元的公共边传递到另一个单元中去的。因而，这种作用在单元边界上的表面力、体积力和集 中力都需要等效的移到节点上去，也就是用等效的节点力来代 替所有作 用在单元上得力。 3） 单元组集 利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的结构重新连接起来，形成整体的有限 元方程 （1-1） 式中，K是整体结构的刚度矩阵；q是节点位移列阵；f是载荷列阵。 4） 求解未知节点位移 解有限元方程式（1-1）得出位移。这里，可以根据方程组的具体特点来选择合适的