基于神经网络的热采井管柱串设计参数匹配方法研究

作     者：庞永策 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔璐;魏文澜

授予年度：2023年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 082002[工学-油气田开发工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：热采井 蒸汽吞吐 套损 温度场 应力场 神经网络 遗传算法 

摘      要：随着常规易开采油藏资源日益匮乏,稠油将会是未来重要的战略资源。由于稠油的粘度较大不易开采,当前主要采用加热降粘采收工艺,例如:蒸汽吞吐技术、蒸汽辅助重力卸油技术(SAGD)、蒸汽驱和火烧油层等。高温蒸汽从井口注入油藏进行加热的过程中,管柱和井筒被加热,井筒长时间服役高温环境下。在恶劣的工作环境中,套管因热胀冷缩的作用产生形变,由于井壁的束缚,套管在高温的作用下产生较大的热应力,引起套管材料性能的改变。本文应用热传递的基本理论,结合井筒内流体的能量守恒定律、动量守恒定律和质量守恒定律,建立了蒸汽吞吐工艺下的热采井的套管-水泥环-地层的物理模型,探究使用不同导热系数的隔热油管、注汽压力参数和注汽温度参数对套管温度场和应力场的影响。本文以公式迭代方法计算了井筒的总传热系数,计算得到的总传热系数误差为6%,在运用公式迭代法计算传热系数过程中,得到了套管内壁的温度。对比公式迭代计算得到的套管内壁温度和有限元模拟得到的套管内壁温度,两者的误差为10.8%。随着注入蒸汽温度的升高,套管内壁的温度升高,等效应力增大。当注汽温度从150℃升高至350℃后,套管等效应力升高约43%。注汽压力增大,套管的应力值出现了减小的情况,并且注汽压力从4 MPa增大至18 MPa后,引起的套管应力值的下降约3.7%,注汽压力变化对套管等效应力值影响较小。本文以温度场和应力场的仿真数据作为神经网络的训练集,井深、地层温度、注汽温度、注汽压力等参数作为神经网络的输入,套管的温度和等效应力作为神经网络的输出,建立神经网络模型,并结合遗传算法优化方法,对套管的温度场和应力场的二次仿真。神经网络的运行结果表明套管温度的预测值与ANSYS仿真得到的套管温度值误差在1.2%以内,等效应力的预测值与ANSYS仿真的等效应力值误差在0.3%以内。神经网络能够准确地预测热采井的温度场与应力场的情况,计算时间比ANSYS的有限元仿真时间缩短近40%。