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磨料射流切割水下井口的实验研究

作　者: 李华周
导　师: 王瑞和
学　校: 中国石油大学
专　业: 油气井工程
关键词: 磨料射流多层套管切割支持向量机可伸缩喷嘴
分类号: TE931.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在海洋石油平台拆除作业中,水下废弃采油井口的切割是其中最重要也是最昂贵的一项工程作业。磨料射流切割多层套管废弃井口技术具有安全、环保的优点。但常规的磨料射流切割工具切割水下井口时,由于喷距的不断增加而减低了切削效率。为了提高磨料射流切割水下井口的作业效率,开展了相关的理论和实验研究。首先采用实验的方法系统研究了各种磨料射流参数对切割效率的影响。结果表明:磨料射流切割套管深度随着泵压、喷嘴直径、喷嘴个数、切割时间的增大而增大,随着靶距的增大而减小;随着切割头转速的增大切割套管深度先增大后减小,实验得到的最优转速为7.895r/min;随着磨料质量浓度的增大,切割深度随之先增大后减小,实验得到的磨料质量浓度最优值为26.10%;磨料射流切割深度从高到低的磨料依次为铁砂、金刚砂、石榴石、石英砂。针对传统的磨料射流切割深度计算模型普适性差、许多参数难以确定等不足,利用基于粒子群算法的支持向量机方法(PSO-SVR)对磨料射流切割套管实验数据进行理论分析,建立了深度预测模型。数值实验表明PSO-SVR模型具有较高的预测精度,平均预测误差为3.20%。支持向量机方法为磨料射流切割深度预测提供了一种可行、有效的新途径。从降低切割作业中的射流靶距、提高切割效率的思路出发,本文设计出了既安装有普通喷嘴又安装有可伸缩喷嘴的新型切割头。可伸缩喷嘴的室内实验表明本文设计的可伸缩喷嘴能够顺利伸出,并且压力稳定时工作稳定,在卸压后能完全复位,很好地解决了防砂和密封问题。因此本文提出的可伸缩喷嘴设计方案是完全可行的,而且是对水射流喷头的一项重要的技术创新。估算了新型切割头与普通切割头的切割效率,结果表明,本文设计的切割头可以较大幅度地提高多层套管井口的切割效率。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 选题依据及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 传统的水下废弃井口切割技术  10-13
    1.2.2 磨料射流切割水下废弃井口技术  13-14
    1.2.3 磨料射流切割方法与其他切割方法的比较  14-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-17
第二章前混合磨料射流的切割机理  17-25
  2.1 前混合磨料射流系统  17-18
  2.2 磨料射流磨料颗粒运动的分析  18-21
  2.3 磨料射流切割延性材料的机理与模型  21-25
第三章磨料射流切割水下井口套管的实验研究  25-48
  3.1 实验设备与实验方法  25-28
    3.1.1 实验设备  25-27
    3.1.2 实验方法  27-28
  3.2 实验前的准备工作  28-31
    3.2.1 磨料射流系统磨料质量浓度的标定  29-30
    3.2.2 切割头转速的标定  30-31
  3.3 实验结果及分析  31-46
    3.3.1 水力参数对切割深度的影响  31-36
    3.3.2 工作参数对切割深度的影响  36-43
    3.3.3 磨料参数对切割深度的影响  43-46
  3.4 本章小结  46-48
第四章基于支持向量机的磨料射流切割套管深度预测  48-74
  4.1 统计学习理论和支持向量机  48-53
    4.1.1 经验风险最小化原则  48-50
    4.1.2 VC 维  50
    4.1.3 学习机器推广的界  50-51
    4.1.4 结构风险最小化原则  51-53
  4.2 支持向量机理论  53-63
    4.2.1 支持向量分类机  54-58
    4.2.2 支持向量回归机（SVR）  58-62
    4.2.3 核函数  62-63
  4.3 基于粒子群算法的支持向量回归机模型参数优选方法  63-66
    4.3.1 网格搜索和交叉验证寻优方法  64-65
    4.3.2 基于粒子群算法的寻优方法  65-66
  4.4 磨料射流切割套管深度的支持向量回归机建模  66-73
    4.4.1 样本集的构造  68
    4.4.2 数据预处理  68-70
    4.4.3 结果分析  70-73
  4.5 本章小结  73-74
第五章带有可伸缩喷嘴切割头的设计  74-92
  5.1 磨料射流切割多层套管水下井口的时间分析  74-78
  5.2 带有可伸缩喷嘴切割头的设计  78-87
    5.2.1 设计目标和设计思路  78
    5.2.2 可伸缩喷嘴总成的设计  78-81
    5.2.3 流道转换机构的设计  81-87
    5.2.4 喷嘴布置方法  87
  5.3 可伸缩喷嘴的室内实验  87-90
  5.4 带有可伸缩喷嘴切割头的切割性能评价  90-91
  5.5 本章小结  91-92
结论  92-94
参考文献  94-97
攻读硕士学位期间取得的学术成果  97-98
致谢  98

磨料射流切割水下井口的实验研究

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