井眼方向控制设计的新方法

为了简化井眼方向控制设计的数学公式推导和施工参数求解,采用矢量代数方法对空间圆弧模型进行了再研究,推导出装置角、井眼方向矢量、井眼高边矢量、圆弧内法向矢量之间的矢量关系式。将圆弧井段参数计算中原来用三角函数表示的复杂公式用简单的矢量公式重新进行描述,极大地简化了有关的公式推导过程和计算。使用新的矢量公式对井眼方向控制方案设计参数求解问题进行研究,求出了全部9种已知设计条件下的设计方案的解,并给出判断初始装置角正负符号的新的、简单的判据。使用实际数据对设计方法进行测试,结果完全正确。给出的圆弧模型参数矢量计算公式,具有较强的几何直观性,比其他使用三角函数的相关公式更加简单,不仅可以用于解决井眼方向控制问题的求解,而且在圆弧型井眼轨道设计与计算的其他问题中都有应用价值。     

纠偏轨道设计的初始装置角允许值计算

在实钻过程中,纠偏轨道的设计参数必须满足一定的约束条件,才能设计出满足施工要求的纠偏轨道。以中靶约束为条件,建立了纠偏轨道设计参数的几何模型,推导出了单圆弧纠偏轨道设计参数的计算公式,给出了初始装置角允许取值范围上、下界限值的计算方法。通过算例验证了该算法的合理性和正确性,可将所有满足设计约束条件的初始装置角和井眼曲率绘制成设计参数允许取值范围图。当初始装置角和井眼曲率取值于该图的设计参数允许取值范围内,能够保证待钻设计轨迹满足井身参数的要求。本文的数学推理过程可进一步推广到定向井的圆形或椭圆形靶的情况,只需将圆弧平面与靶窗平面的交线扫过的范围修改成该交线与圆形或椭圆形靶的切点之间的范围。软件开发及其在实钻井眼轨迹监控中的应用表明,设计参数允许取值范围图可减少纠偏轨道设计的盲目性,提高设计质量。     

分支井设计中开窗点的计算方法

在煤层气开发中,一般采用多分支、鱼骨型的井眼轨道.在分支井设计中,在完成主井眼轨道设计之后,需要根据地质上给定的开窗点数据在设计轨道上确定相应的设计开窗点井深及井身数据.教科书和有关文献上没有计算开窗点的现成公式,为了开发分支井轨道设计软件的需要,建立了从地质开窗点数据计算设计开窗点井深的优化矢量数学模型;根据稳斜井段和圆弧井段的矢量数学模型,推导出了设计开窗点的井深计算公式,给出了从设计轨道数据计算设计开窗点的算法.经过对某国内油田数十口分支井实际设计数据的检验,本文给出的设计开窗点计算公式和算法具有计算速度快、计算结果准确、容易编程实现等优点.本文的计算公式和算法可用于分支井轨道设计计算机软件的开发编程.     

最小曲率法的再认识及其应用

在使用最小曲率法推导有关公式的过程中,涉及了大量的三角函数变换,过程有时很复杂,极易出现错误。为了解决这个问题,分析了井眼轨迹切线与井斜角和方位角之间的数学关系,利用井眼方向矢量给出了最小曲率法的矢量形式。这种矢量形式深刻地揭示了圆弧井段弯曲角、井眼曲率、坐标增量、井斜角和方位角之间的关系的数学实质,具有形式简洁和几何直观性。使用矢量形式的最小曲率法对井眼轨迹内插、完钻井段设计等问题进行了研究。结果表明,有关公式的推导过程非常简单,完全避免了复杂的三角函数变换,而且最终得到了计算公式更加简单。同时,还用实际算例进行了验算,证实了本文新公式的正确性。本文提出的矢量形式的最小曲率法新公式可以应用于与圆弧井段有关的井眼轨迹设计和计算问题中。     

最近井距计算理论的完善及应用

在现有的最近井距扫描算法中,只考虑了最近距离点唯一的情况,无法处理最近距离点为多个乃至无穷的情况.在比较井圆弧井段上利用圆弧的垂向轴线建立了局部直角坐标系,使用初等几何方法给出了计算点到圆弧井段的最近距离点的新方法,涵盖了点与圆弧之间的位置关系的全部五种可能的情况.求出了整体坐标系到局部坐标系的变换矩阵.分析了点与稳斜井段之间的三种位置关系,给出了点到稳斜井段的最近距离的计算公式.新方法揭示了点到圆弧井段的最近距离点可能不是唯一的;在某些情况下,最近距离点有两个或者无穷多个.分析了经典的最近距离扫描图的缺点,用实例证明了经典绘图方法丢失了井深信息,提出了一种新的最近距离扫描图的绘图方法.本文方法适用于比较井为实钻轨迹或者圆弧型设计轨迹的邻井最近距离计算.     

水平井实钻轨迹监控的算法研究及应用

在水平井的实际钻进的过程中,需要对实钻井眼轨迹进行实时监控,而实时监控的主要技术指标——实钻轨迹与设计轨迹的"距离",即法面距离的计算过程比较复杂,形式也比较繁琐。为解决这一问题,利用空间圆弧模型的矢量描述技术,重新推导出了法面距离计算所需求解的方程,以及横向偏差和纵向偏差的新公式。以某水平井为实际算例进行了验证。采用新公式计算该水平井的法面距离,待钻井眼轨迹能够中靶,并且进入靶体之后一直保持在靶体轴线附近。结果表明,空间圆弧矢量描述技术在有关的数学公式推导中非常简洁,并且具有很直观的几何意义,能够简化理论公式推导过程,不易产生错误。新公式可用于钻井专用计算机软件的开发,不仅可以减少编程工作量,而且有利于代码维护,具有推广价值。     

待钻轨道设计问题谱集的数值算法

已知设计参数谱集表征了待钻轨道设计问题中已知设计参数与设计问题的解数之间的复杂数学关系,对于指导钻井设计人员快速完成设计工作具有较大的帮助,可以减少反复调整设计参数的次数,提高设计效率,但是通常难以用数学表达式进行描述。为了解决这个难题,提出了已知设计参数谱集的新概念,建立了谱集理论的研究框架。通过数理公式推导给出了谱集的数值计算方法,该算法能够求出谱集的边界曲线。算法参数影响因素分析表明,合理设置解的约束条件可以产生更合理的谱集,其中方位角约束条件对谱集的影响最大。实际算例应用表明,参照谱集进行井眼轨道设计可以避免钻井设计人员反复调整设计参数、计算无解的现象,极大地提高设计工作效率;同时,该算法也可用于钻井轨道设计软件的开发,具有较重要的实用价值。     

限定入靶方向的双圆弧型纠偏轨道设计问题的解析解

为了快速可靠地求解双圆弧型纠偏轨道设计问题的多元非线性方程组．研究了该方程组的解析求解方法。使用一些数学变换技巧推导出了该方程组的特征多项式。特征多项式为以某个未知数为变元的一元二次多项式,可以使用解析公式求出实数根．而方程组的其他所有未知数都可以通过特征多项式的实数根的解析公式来计算。根据特征多项式的实根判别式可以事先判定纠偏设计问题是否有解;在设计问题有多个解的情况下,使用本文方法可以求出设计问题的全部解。软件实现及其实际应用表明,与其他数值迭代算法相比较,本文提出的解析解法计算快捷、求解可靠、易于实现。解析解还能用于对设计参数进行允许取值范围分析,对于提高纠偏轨道设计计算机软件的运行稳定性和用户友好性有较大的作用。     

侧斜井剖面优化设计方法

A油田套损井累计占生产井数的15.1%,为了不影响原来的井网部署和开发方案,减少钻井占地面积及成本,可采用侧斜工艺技术进行套损井的修复。综合考虑A油田老井网的特点,结合侧斜井现场施工的实践,确定了侧斜井剖面设计的井身质量的一般原则:全井井眼曲率小于1.5°/30m,最大井斜角不超过3°,设计水平位移不能大于30m;侧斜井的井身剖面选用"直井段-侧斜段-稳斜段-降斜段",将最大井斜角定为已知,设计方位与原井眼方位相反。指定井身剖面设计方程组的4个参数为已知设计参数,求出方程的解析解,并利用该解析解研究了最大井斜角和井眼长度随造斜点的变化规律,提出了以造斜点为优选变量的优化设计算法。实际算例表明,该优化设计方法可以使用很少的计算量,快速求出满足井身质量要求的最优设计参数和最优设计剖面。     

腰平1井钻井设计和施工难点分析

腰平1井是松南气田第一口火山岩气藏水平井,主要目的层为营城组。由于井眼轨道设计需考虑靶点垂深的不确定性和工具造斜率的不确定性,故选择了易于控制和调整的"直—增—稳—增—水平"五段制轨道类型。井身结构设计以简化结构、提高钻井速度为目的,具体为技术套管下至泉二段造斜点上部,并配套相关工艺技术。欠平衡设计时采取井筒环空循环介质循环当量密度略低于据储层孔隙压力折合的当量密度即可的思路,地层流体一定要有控制地流入井筒,同时还需考虑地层稳定性。针对大尺寸井眼防斜打直、火山岩地层可钻性差、多套地层护壁难度大等施工难点采取相应对策,取得了较好的施工效果。腰平1井钻井周期仅135.83d,比设计提前了15.1%;平均机械钻速2.60m/h,比同区块直井提高了6.7%;最大井斜为83°,实际井底水平位移868.90m,水平段长度480.61m。建议今后进一步开展东部地区提高深井大尺寸井眼钻井速度、火山岩气藏钻井方式等方面的深入研究。     

三维悬链线轨道设计的改进算法

三维悬链线轨道设计是新近提出的一种大位移井轨道设计新方法,由于需要使用数值积分法来计算井段增量,设计约束方程组的数值求解比较困难.求出了垂深增量积分式的原函数,得到了垂深增量的解析计算公式.使用该解析公式,求出了约束设计方程组的一个近似解,可以将它作为求解该方程组的迭代法的初始值；使用该解析公式,还证明了稳斜井段的段长与悬链线特征参数之间存在线性相关性,并将这种线性相关性用于设计约束方程组的降维处理,使得原来的具有3个独立未知数的设计约束方程组简化为具有2个独立未知数,从而降低了该方程组的求解难度.垂深增量公式还被用于简化方程组求解过程中的隐含未知数的递序计算,大量减少了数值积分的计算量.使用数论网格迭代法求解降维后的设计约束方程组,不仅计算过程稳定、可靠,而且易于计算机编程实现.     

锅炉管子计算——第二讲 空间弯管的空间夹角计算

第一节已知二投影角的空间弯头实际弯曲角度计算锅炉上的管子弯曲形状是十分复杂的,除了平面弯管外,还有不少空间弯管。在作图时,空间弯曲管子至少要用二个主要投影来表示其几何形状。为了适应锅炉布置上的要求,也时常采用空间弯头,如部分下降管、汽水管道等。空间弯曲管子的所有弯头可能都是空间弯头,也可能其中少数是空间弯头。管子上几只弯头中只要有一只弯头是空间的,则这根管子就不能在平面上完全放平。但是,以某一只弯头来看,它总是在某一平面上。如图2-1所示,弯头是由两条直边BE 和CD 及一段圆弧(?)     

SolidWorks在变压器设计中基于布局设计的探讨

SolidWorks三维软件基于布局的自上而下及自下而上结合的设计方法及三维参数化系列化设计,可大大提高设计效率。随着计算机技术的发展,现在产品设计逐步由传统的二维转向三维设计,这是由三维软件强大的功能优越性所决定的。     

基于CFX单圆弧空间导叶斜流泵的数值模拟

利用流体计算软件ANSYS-CFX,采用基于三维不可压缩流体的N-S方程和标准κ-ε湍流模型对带有单圆弧空间导叶的斜流泵进行了数值模拟,通过分析其整体静压分布、速度分布及三个典型工况下叶轮叶片的静压分布、吸力面的速度分布、导叶片压力及速度分布等,揭示了其内部流场的主要特征,预测了泵的水力性能。对比了模拟结果与试验结果,验证了数值模拟的可靠性,说明带单圆弧空间导叶的斜流泵在一定流量范围内能满足工程实际的需要,且在加工制造方面优于扭曲的空间导叶。     

喉道肩点圆弧半径对高超声速进气道性能的影响

对某型二维高超声速进气道进行了数值仿真计算,研究了设计工况和非设计工况喉道肩点圆弧半径对进气道性能的影响。结果表明,在设计工况下,对喉道肩点圆弧处理可以有效提升进气道性能,圆弧半径R=120 mm时性能最佳,总压恢复系数最高可提升4.2%,阻力系数最高降低8.1%。在非设计工况下,喉道肩点圆弧处理对进气道性能有一定提高作用,但随着马赫数的减小,圆弧处理对进气道的性能提升作用降低。     

基于CATIA的土耳其Bagistas电站水轮机尾水管三维造型方法的研究

对土耳其Bagistas电站的水轮机中重要过流部件-尾水管进行了三维模型设计。结合尾水管二维平面流线图的相关参数,基于CATIA软件的三维造型功能,分别采用自由曲面整体造型、分段造型这两种不同的方法建立了尾水管肘管段的三维实体模型。通过比较2种方法所生成的模型,得出了分段造型所构建的模型更加光滑精准、适应性更强的结论。提出的方法,建立精度更高的尾水管三维实体模型,为后期流动性能的预测、刚强度计算分析以及产品生产下料提供条件。     

SolidWorks和Excel在变压器铁心设计中的应用

随着计算机技术的发展,传统的二维CAD代替了绘图板,提高了绘图效率,但对产品设计改进分析并没提高,而三维软件能够参数化设计,构建三维实体产品模型,以模型为基础,进行产品装配和干涉检查,对重要零件进行分析,优化设计.SolidWorks是市场上普遍流行的一种三维软件,其功能强大,完全能满足变压器参数化设计,系列化设计.     

风力机叶片三维效应翼型气动参数修正研究

以NREL Phase VI风力机为研究对象,对低雷诺数下叶片三维效应翼型气动参数修正进行研究。通过三维CFD数值模拟与二维翼型风洞实验,比较和检验现有的Snel、Lindenburg、Du&Selig、Chaviaropoulos&Hansen这4种修正公式。结果显示修正效果明显不同,以Du&Selig修正公式效果最佳,但它在叶尖和叶根部位的修正误差较大,而且随着尖速比的减小,叶片上的修正值与三维CFD结果吻合的区域减小,尤其不适合负攻角流动的修正。     

带V形隔热膜封闭空间内自然对流换热的数值研究

本文通过涡量-流函数法,对带V形隔热膜的平板型太阳能集热器二维封闭空间内自然对流进行了数值计算,定量分析了Rα、集热器倾角、V形膜开口角、H_v/H四个参数对换热的影响,为这种集热器的设计提供了依据。     

锅炉管子计算 第三讲 弯管斜势计算

第一节弯管斜势计算的第一种基本方法什么叫做弯管斜势锅炉管子进行弯管时,弯管机的转盘是在水平面上回转的,管子的弯头平面总是和水平面重合。但空间弯曲管子的弯头平面是不在同一平面上的,相连的两个弯头平面间有一个夹角,也就是两弯头平面的两面角,如图3-1所示,∠θ为两面角。对于相连的两个空间弯头,若将第一个弯头平面