理工类毕业论文(论文)范例

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1、辽宁石油化工大学毕业设计 （论文） Graduation Project (Thesis) for Undergraduate of LSHU 题题 目目 TITLE 学 院 School 专业班级 Major Steam temperature; Heat loss; Heat affected zone; ANSYS 辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 I 目录 1 1 绪论绪论1 1 1.1 目的意义 1 1.2 国内外的研究现状 2 1.2.1 井筒热损失的研究 2 1.2.2 油层热影响区域的研究 3 1.3 本文的研究内容及创新点 4 1.3.1 研究内容 4 1.3.2 创新点

2、 5 2 2 研究方法研究方法6 6 2.1 有限元分析法简介 6 2.2 ANSYS 简介.6 2.2.1 ANSYS 发展过程.7 2.2.2 ANSYS 技术特点.7 2.2.3 ANSYS 使用环境.8 2.2.4 ANSYS 程序功能.8 2.2.5 ANSYS 热分析概述.9 2.2.6 ANSYS 求解步骤.9 3 3 井筒热损失井筒热损失1111 3.1 问题描述 .11 3.2 数学模型的建立 .11 3.2.1 能量平衡方程 .11 3.2.2 连续介质的守恒方程 .13 3.2.3 传热过程分析 .14 II 3.2.4 基本假设 .16 3.2.5 控制方程 .16 3

3、.2.6 边界条件 .16 3.3 ANSYS 模拟16 3.3.1 建立有限元模型 .16 3.3.2 施加载荷计算 .17 3.3.3 求解 .18 3.3.4 后处理 .18 3.4 模拟结果与分析 .18 3.4.1 隔热油管视导热系数对井筒热损失的影响 .18 3.4.2 注汽温度对单位长度井筒热损失的影响 .20 4 4 油层热影响区域油层热影响区域2222 4.1 问题描述 .22 4.2 数学模型的建立 .22 4.2.1 连续介质的守恒方程 .23 4.2.2 多孔介质的守恒方程 .25 4.2.3 传热过程分析 .26 4.2.4 基本假设 .27 4.2.5 边界条件 .

4、27 4.3 ANSYS 模拟27 4.3.1 建立有限元模型 .27 4.3.2 施加载荷计算 .28 4.3.3 求解 .29 4.3.4 后处理 29 辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 III 4.4 模拟结果与分析 .29 5 5 结论结论3232 参考文献参考文献3333 谢辞谢辞3535 辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 1 1 绪论 1.1 目的意义 稠油在世界石油资源中储量丰富，据统计，其总量约为 1000108吨，中国是世界上稠 油资源丰富的国家之一，预测资源量约为 198 亿吨。稠油由于粘度大，流动性差等特点， 常规开采方法并不适用，基于稠油对温度的敏感性特点，热力

5、采油已成为国内外普遍认同 的开采方法，即向地下油层内注入高温高压蒸汽，一方面可以提高油层温度、降低稠油粘 度；另一方面可使油层压力升高、增加驱油能力。 常见的热力采油方法有“蒸汽吞吐采油”和“蒸汽驱采油”两种方式。 “蒸汽吞吐采油” 是先向油井注入一定量的蒸汽，焖井一段时间，待蒸汽的热能向油层扩散后，再开井生产 的一种开采稠油的增产方法。蒸汽吞吐作业的过程分为三个阶段，即注汽、焖井及回采。 “蒸汽驱采油”是稠油油藏经过蒸汽吞吐采油之后，为进一步提高采收率而采取的一项热 采方法，因为蒸汽吞吐采油只能采油各个油井附近油层中的原油，在油井与油井之间还留 有大量的死油区。 “蒸汽驱采油”是由注入井连续

6、不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽 不断地加热油层，从而大大降低了地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体， 将原油驱赶到生产井的周围，并被采到地面上来。 在注蒸汽的过程中，由于蒸汽与地层之间存在温差，蒸汽流动过程中又有摩擦阻力， 因此注汽过程中存在着能量损失，注汽过程中的能量损失，特别是井筒中的能量损失，直 接影响热采效果。为了有效地减少这部分能量损失，提高热采效果，需要对注汽井筒进行 传热分析，进而探讨隔热油管视导热系数和蒸汽温度对单位长度井筒热损失的影响，这为 热采过程中热量的高效、合理利用提供了一定的理论依据。 蒸汽流经井筒后进入目的层即油层，高温高压的蒸汽会通过射孔与油层进行

7、传质传热， 将热量释放给原油，使其温度升高，粘度降低，同时增加油层压力，达到驱油效果。但随 着蒸汽与油层热量交换的进行，蒸汽自身温度降低，逐渐冷凝成液体，阻止热量继续扩散， 会形成热影响区域。研究油层热影响区域对合理确定注汽时间和钻井位置具有重要指导意 2 义。 1.2 国内外的研究现状 1.2.1 井筒热损失的研究 自本世纪初以来，就有许多研究者致力于井筒热损失的研究。井筒传热研究工作的先 驱 Ramey 以能量平衡为基础，忽略了流体流动过程中动能和摩擦的影响，最先提出了考虑 时间和井深影响时的井筒液体温度计算的理论模型。该模型作为井筒热损研究的雏型，给 出了井筒内注入气体和流体两种工质关于

8、井深和时间的温度解析表达式，为后来的井筒热 损研究奠定了基础。但该模型中的时间函数要求注入流体的时间不得小于 7 天，所以此模 型的精度在时间小于 7 天的时候受到限制。另外该模型仅适用于单相流，并在建立模型过 程中假设井筒流体的物性参数不随温度变化，这与实际物理过程不相符1。国内外许多研 究者在 Ramey 模型的基础上继续做了多方面的研究，如 Hasan 和 Kabir 建立起井筒内两相 流模型，改善了 Ramey 模型仅适用于单相流的不足，此模型可用于计算井筒液体温度的分 布26。Pacheco 和 Farouq Ali 以流体流动的能量平衡方程为基础，建立了能同时计算蒸汽 压力和蒸汽干

9、度的数学模型7。该模型弥补了 Ramey 模型中没有考虑水泥壳的影响的缺点。 另外此模型结构形式较复杂。但它可以用来较精确地计算蒸汽物性和热损失随深度和时间 的变化。不过此模型还用到了 Ramey 模型中不完善的理论，如地层时间函数 f ( )的计算， 所以适用精度也受到一定限制。Satter 在使用 Ramey 模型时，考虑了注汽过程中的蒸汽相 变影响，进而提出了一种预测冷凝流体干度随深度及时间变化的计算方法，模型中提出的 关系式8可用于计算饱和蒸汽注入时的井筒热损失。Squier 等人对热水通过井筒注入时提出 了一个完整的分析方法9；Huygen 和 Huitt10给出了在蒸汽注入期间的井

10、筒热损失理论和实 验结果，同时指出辐射热损失的重要性；Willhite 提出了完整的计算总传热系数的方法11。 Holst 和 Flock 以及 Earlougher 总结前面的一些成果，并考虑了蒸汽压力的计算12,13； Eickmeier 等人采用有限差分模型计算注入初期过渡过程特性14。Hasan 等人又对井筒压力 降和热损失计算进行了完善。但这些模型对于目前井筒注汽热损失的计算尚有一些不足， 辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 3 首先它们在计算过程中，把某些参数看作是不随温度变化的常量，这与实际并不完全相符； 另外由于隔热管的发展，上述模型中的总传热系数不能较真实地反映井筒现在结构

11、，给计 算精度的提高带来困难。 我国对稠油热采的相关研究比较晚。胡智勉、王弥康对注汽井筒总传热系数的计算方 法提出了一些见解15,16。王弥康在 Ramey 模型的基础上，从传热机理出发，给出了蒸汽井 井筒热传递定量计算的数学模型，该模型避免了 Ramey 公式仅适用于长时间注汽的不足， 扩大了计算时间的适用范围，从而改善了井筒传热计算的精度17。沈惠坊将地面管线与井 筒进行了综合考虑，探讨了计算蒸汽压力降、干度降及热量损失的计算模型18。李景勤、 陈艳华、王志国等人建立了计算井筒热损数学模型，并提出了热损合理分布的概念1921。 倪学锋提出了井筒内参数计算模型22。刘文章提出了用物理模拟方法

12、确定井筒总传热系数 的方法23。 1.2.2 油层热影响区域的研究 1968 年 Spillette Nielsen 通过建立一个二维模型，对油层注冷水和注热水后温度分布进 行了模拟计算，把流场分布和温度分布藕合在了一起进行迭代24。1970 年埃克米尔等人在 研究井筒换热和温度分布时，建立了一套关于注液和产液期间，液体与井筒周围地层间热 交换的有限差分模型。计算中将油管、环空液、套管、水泥环及地层情况全部考虑在内。 该模型可以有效地模拟实际井筒条件，计算短时间和长时间注液、产液时井筒内温度的变 化，模型只是基于热传导的模式进行分析的，没有考虑注入层的对流传热和井筒中的对流 传热。1970 年

13、，Smith，R.C.，Steffensen，R.J.等人提出了利用温度测井的计算机分析估计 流动剖面25。他们通过改变影啊温度特性的参数，对注水井的温度测井进行了详细的研究， 研究结果表明温度测井对地层的热学特性以及井眼的几何形状具有敏感性:另外，指出了注 入水的温度和小流量的漏失对温度测井的影响，并对温度测井解释提出了指导性意见。 1972 年维脱霍特与梯克萨通过改变注入速率、注入深度和注入时间，来研究注入期间井下 的温度分布，并对注入层中的温度分布进行了研究。1973 年 Steffenson.RJ，SmlthR.C.等人 4 提出在油层中，由于流动的存在，势必发生热交换，要计算井眼的温

14、度必须确定井筒周围 油藏的大片区域内的温度分布，并提出了著名的 Joul 一 Thomson 效应。1982 年 John Fagley，H.SeottFogler，C.BrentDavenport，R.S.Millhone 等人对关井前后井筒的热传递进行 了数值模拟26，提出关井前一段时间的热注是一种解释老井注入剖面的潜在的重要工具。 1988 年袁益壮针对在油藏中水驱油的流动和传热问题提出了多孔介质中完全可压缩、可混 溶驱动问题的差分方法。1994 年 FredericMaubeuge，MichelP.Didek，MartynB.Beardsen 等 人提出了一个多层注入模型27。1995

15、 年胡耀江等人建立了水饱和的一维多孔介质在一端注 入蒸汽后，热液区温度分布的数学模型，提出了运用拉氏变换及数值反演求解此问题的计 算方法28。1996 年冯恩民等人在建立的温度模型中，除了考虑热传导外，特别强调了水井 中与油层内传质传热，构造了关于导热系数、比热等参变量的优化识别模型29。还有部分 学者利用解析法求解地层中的温度分布。 1.3 本文的研究内容及创新点 1.3.1 研究内容 本文研究内容主要分为两个部分，即井筒热损失和油层热影响区域。 A. 井筒热损失 利用传热学、热力学、流体力学等知识分析隔热油管内管至地层的传热过程，建立 连续介质的守恒方程，并建立数学模型； 利用有限元软件

16、ANSYS 建立隔热油管内管至地层的有限元模型，并利用其热分析 模块对模型进行热分析，求得注汽过程中井筒的温度场分布云图； 探讨注汽温度和油管视导热系数对井筒热损失的影响。 B. 油层热影响区域 利用传热学、热力学、流体力学等知识分析套管至油层的传热过程，建立连续介质 的守恒方程和多孔介质的守恒方恒，并建立数学模型； 利用有限元软件 ANSYS 建立套管至油层的有限元模型，并利用其热分析模块对模 辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸 5 型进行热分析，求得不同时刻油层的温度场分布云图； 探讨注汽时间与油层热影响区域之间的关系。 1.3.2 创新点 （1）在以往的井筒温度场及热损失研究中，以数值解法为主，本文利用有限元软件 ANSYS 的热分析模块求得了井筒温度场分布云图，并结合热损失计算经验公式，探讨了注 汽温度和油管视导热系数对热损失的影响。与数值法相比，本文研究方法可以清楚、直观 地观察到温度场的分布情况。 （2）利用有限元软件 ANSYS 的热分析模块模拟分析了油层热影响区域