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基于光纤传感技术的套管应变及管外压力的在线监测技术

作　者: 殷凤磊
导　师: 董惠娟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 套损监测管外压力 ANSYS 套管变形预警界限
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

套管损坏不仅给油田带来经济上的损失,还对油田开发方案和提高采收率措施的应用带来不利影响,直接影响油田的发展,套管井损坏问题已成为我国油田函待解决的问题。近年来,国内外学者对套管井损坏进行的研究,在套损机理上取得了一定的认识,但目前还没有有效的方法来预防和减缓套管井的损坏,因此,及时掌握套管的变形和应力应变状态,提前预防和治理就成为了一个急需解决的问题。本文根据油井中的特殊环境和大庆油田套损的特点提出了用光纤传感器监测油井中套管应变及压力,以实现管外查套、提前预警、损前治理的目的。主要研究工作与成果如下:首先,分析了FBG传感器和BOTDR传感器分别在进行油井套管管外压力和套管变形应变监测时的工作过程。其次,根据大庆油田套管剪切损坏的特点,对封装FBG的FRP筋设计压力增敏方案,设计出一款管外压力监测传感器,完成压力标定试验,验证该压力传感器的实用性。最后,通过建立套管剪切套损的ANSYS力学模型获得变形应变的预警理论值,利用套管损害试验系统模拟井下套管剪切过程,得出模拟试验中套损预警界限,建立了用套管的轴向应变评估套管安全状态的方法。同时完成光纤传感网络的搭建试验,通过对采集的井下数据进行分析,与室内试验所得的套损预警界限进行比较从而判断套管的安全状态。基于光纤传感器的套损监测系统能够及时准确地反映出所监测套管的应力应变状态,对准确预测套损,降低油田由于套损而造成的经济损失,具有重大的意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-16
  1.1 课题背景  7
  1.2 国内外油田套管损坏现状  7-10
    1.2.1 国内油田套管损坏现状  7-9
    1.2.2 国外油田套管损坏现状  9-10
  1.3 套管变形机理及其监测技术研究现状  10-12
    1.3.1 套管变形机理研究现状  10
    1.3.2 国内外套管变形监测技术研究现状  10-12
  1.4 管外压力监测技术现状  12-14
    1.4.1 管外压力监测技术国内研究现状  12-13
    1.4.2 管外压力监测技术国外研究现状  13-14
  1.5 光纤传感器的研究现状  14-15
  1.6 论文研究主要内容  15-16
第2章基于光纤传感网络的套管在线监测原理  16-22
  2.1 引言  16
  2.2 适用于管外压力监测的FBG 传感技术  16-18
    2.2.1 FBG 基本传感原理  16-17
    2.2.2 FBG 压力监测的传感原理  17-18
  2.3 适用于套管应变监测的BOTDR 传感技术  18-20
    2.3.1 BOTDR 基本传感原理  18
    2.3.2 BOTDR 应力监测的传感原理  18-20
  2.4 套管应变与管外压力的在线监测技术  20-21
    2.4.1 套管应变的BOTDR 在线监测技术  20-21
    2.4.2 管外压力的FBG 在线监测技术  21
  2.5 本章小结  21-22
第3章波纹膜片式管外压力传感器的研制  22-33
  3.1 引言  22
  3.2 结构的设计  22-23
  3.3 波纹膜片的设计  23-27
    3.3.1 量程的确定  24
    3.3.2 材料和波形的选择  24-25
    3.3.3 模型的分析  25-27
    3.3.4 尺寸的确定  27
  3.4 传感器压力性能标定试验  27-32
    3.4.1 目的和原理  27
    3.4.2 设备和方法  27-28
    3.4.3 步骤  28-29
    3.4.4 数据结果与分析  29-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章套管变形预警界限分析及现场套损监测试验  33-48
  4.1 引言  33
  4.2 套管屈服变形的有限元分析  33-38
    4.2.1 非油层段和油层段套管变形机理分析  34-35
    4.2.2 非油层段和油层段套管变形模型分析  35-38
  4.3 套管变形损坏预警界限试验  38-41
    4.3.1 原理及方案介绍  38
    4.3.2 加载过程  38-40
    4.3.3 结果与分析  40-41
  4.4 传感器的保护、固定与方向定位  41-42
    4.4.1 FBG 传感器的布设及固定工艺  41-42
    4.4.2 BOTDR 传感器的布设及固定工艺  42
  4.5 基于光纤传感器的油井套管变形监测现场试验  42-46
    4.5.1 套管变形监测光纤传感网络的搭建  42-43
    4.5.2 套管变形应变数据的采集及分析  43-45
    4.5.3 套管变形的安全状态分析  45-46
  4.6 本章小结  46-48
结论  48-49
参考文献  49-53
致谢  53

基于光纤传感技术的套管应变及管外压力的在线监测技术

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