管坯中部镦锻变形上限分析

针对管坯中部锻锻变形过程中产生的内壁凹陷现象，建立了含凹陷的平行速度场模型。采用上限法，给出了判别凹陷产生的准则，讨论了影响凹陷程度的因素：增大变形程度和坯料壁厚，减小法兰高度，增大凹模模膛与坯料之间的摩擦以及减小心轴与坯料之间的摩擦，都会抑制凹陷的扩大。其中以坯料壁厚的影响最为显著，模膛与坯料之间的摩擦因素的影响最小。所得结论对于空心抽油杆等管坯件的镦锻工艺设计具有一定的指导意义。     

空心抽油杆锻模设计

为了满足采油作业对空心抽油杆之急需，根据空心抽油杆模锻时金属塑性变形的特点，论述了管坯中部镦锻的成形条件及采用φ36mm管坯锻造空心抽油杆的工艺方案：采用倒锥模膛以减小金属在心轴与凹模之间流动的阻力，并降低心轴的脱模力；成形工步的分模面取在凸台处，并采用较小的变形长度与壁厚之比，以保证凸台成形时内壁不产生塑性失稳。所设计的锻模在试生产中获得了满意的效果。     

管坯镦锻条件分析

摩擦系数和镦锻比是影响管坯镦锻分流面尺寸的两个重要因素，但管坯的长度达到某一数值时，管坯中部的某一段相当于在无摩擦的条件下镦锻，必然会引起应力状态的改变，从而在管坯内壁形成环形空穴，最终可能形成折叠。当管坯长径比很大时，为了防止在镦锻过程中产生折叠现象，在设计聚料工步时，通常要遵循镦锻规则。为减少镦锻过程中的聚料工步数，在传统规则的基础上，给出了中部带法兰的管件在镦锻时的限制条件，并将此条件应用于空心抽油杆的镦锻。此外，为有利于管坯聚料，空心抽油杆的模具型腔可设计成与心轴锥度相反的倒锥形。     

油管加厚镦锻模具的改进

分析了油管加厚镦锻加工中出现的几种缺陷,指出对于油管加厚部位径向和轴向尺寸超差问题,可对模具尺寸进行改进,使原凹模加工螺纹部分不变,靠管体边加厚部位直径尺寸缩小至公差带下限,同时增加凹模长度,使管坯加厚部分达到长度公差带上限;采用先内径缩小加厚,后扩孔的成型原理,解决了油管加厚部位内凹问题;采用加长凹模体轴向尺寸以延长凹模对管体的夹持长度,解决了加厚处偏头的问题;对于油管镦锻部位内孔有沟槽及凹模寿命短易产生龟裂等问题,也提出了相应的改进措施。     

浅析空心抽油杆头部锻造成形

论述了利用空心管坯在其头部直接进行局部锻造来制造空心抽油杆的可行性及其优越性；设计了便于锻造的空心抽油杆头部。通过实验研究，提出了采用一个镦粗工步进行大变形聚料的镦锻模膛的工艺参数。根据金属流动规律，将终锻成形分为压方、胀形和镦锻三个变形过程。利用平锻机主、侧滑块的运动特点，使这三个变形过程在一个工步内完成，从而保证了实现一火次完成锻造的工艺方案。最后提出采用与心轴锥度相反的凹模倒锥模膛和凸凹模横向分模等有效工艺措施，解决了心轴难从锻件中拔出和凸台难于成形等锻造技术关键。     

管料头部镦锻成型工艺分析

通过分析管料在镦锻过程中的直壁、鼓形和折叠3种基本内壁变形模式以及这些变形模式间的转化,得到了管料镦锻过程中产生缺陷的根本原因及其防止措施。根据管料弯曲变形的力学分析,导出了其全塑性弯曲的临界条件、壁厚镦锻比限制条件以及镦锻工步数的计算式。利用以上分析结果,以外加厚油管为实例,论述了管料头部镦锻成型工艺的编制方法和基本步骤,并设计出了平锻机上外加厚油管的镦锻模具,设计分析结果已应用于生产实践并取得了满意的效果。     

抽油杆头部镦锻

通过实验研究和生产实践,分析了抽油杆头部镦锻成形过程及常见锻造缺陷,论述了有关工艺参数对锻造缺陷的影响,提出了提高锻造质量的措施和设计模具时工艺参数的计算方法。按此方法设计的模具,抽油杆锻造合格率可达到95％以上。     

镦锻式空心抽油杆制造配套技术研究与应用

为了进一步提升空心抽油杆产品的制造水平和产品质量,对国内空心抽油杆的生产工艺、配套装备、产品质量现状和现场应用情况进行了分析,优选Z型镦锻式空心抽油杆作为产品结构形式,并采用整体热处理炉调质生产工艺;对镦锻、热处理及螺纹加工等关键工序配套了250T液压镦锻机、整体热处理电炉和专用数控机床;通过数模分析和试验,设计了镦锻模具、在卧式车床上挤压加工抽油杆接箍内螺纹装置和接箍内螺纹卧式挤压丝锥;为提升生产线的自动化水平,设计了锻造自动化工装和进料机构等辅助装置,生产线的控制系统采用PLC和工控机。生产线投运以来,产品在吐哈油田及周边油田累计使用80多万m,各项指标符合SY/T 5550—2012标准要求,与摩擦焊接式空心抽油杆相比,强度提高20%,疲劳寿命也大大延长。     

钢板制异径接头的成型新工艺

针对常规成型工艺压制钢板制异径接头时存在的不足,提出了一种成型新工艺。该工艺改变了管坯、模具的结构和管坯变形时的加热部位,降低了加热温度,简化了成型工艺和模具,提高了模具的通用性。文章介绍了该新工艺管坯的结构型式及成型方法、模具的结构、工艺流程、大端和小端分别一次成型方法、一次整体成型方法。     

钢管无凹模双向冲孔工艺

为了满足冲孔钢管的装配要求,对钢管无凹模冲孔变形特征及影响因素进行了分析,认为钢管材质和磨具结构形式是影响钢管冲孔质量的主要因素。通过材质选择和模具结构设计,改进了一种无凹模冲孔工艺,保障冲孔钢管的尺寸精度及生产效率。结果显示,该种工艺克服了钢管无凹模冲孔凹陷、压扁变形严重的问题,实现了钢管无凹模双向冲孔,提高了钢管冲孔的精度和生产效率。     

高压深井分段改造管柱封隔器间压力预测及应用

针对高压深井分段改造过程中封隔器间环空压力下降造成的改造管柱和封隔器受力状况恶化问题,基于能量守恒原理和井筒传热理论,建立了考虑摩擦生热和对流换热等影响的注入工况井筒温度场二维瞬态预测模型,并分析了井筒温度和压力变化对封隔器间环空体积的影响;然后结合井筒温度瞬态预测模型、环空流体PVT状态方程、油管柱径向变形计算模型和地层瞬态渗流方程,建立了典型高压深井封隔器间环空压力预测模型。最后,以塔里木油田1口高压气井为例开展了封隔器间环空压力预测。分析结果表明:常规设计方法认为安全的管柱,考虑封隔器间环空压力下降后就存在非常大的失效风险,高压深井分段改造管柱设计过程中必须充分考虑该因素。该研究成果为高压深井分段改造管柱的优化设计提供了新思路。     

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国内对水平井进行分流压裂施工尚属首次，压裂管柱设计及力学分析是压裂施工的关键技术问题之一。水平井压裂管柱在井眼曲率作用下随井身产生初始弯曲，弯曲后的压裂管柱在温度、自重、内外压力和局部集中力的综合作用下再次产生变形，变形后的压裂管柱必将与套管内壁产生接触，这种接触状态随井深和井眼圆周方向随机分布，是一种随机的多向接触摩擦非线性问题。文中将运用“多向接触摩擦间隙元法”对这一问题求解，并结合大庆油田水平井分流压裂管柱工程实例，进行了受力变形计算，给出了不同工作状况下压裂管柱与套管内壁的接触摩擦状态、管柱下端变形、井口载荷以及管柱任一截面处的内力和应力，为压裂管柱的设计和施工提供了可靠的理论依据。经现场试验表明，井口载荷的理论计算值与实测值的相对误差均在１３％以内，完全满足于工程的需要，并在水平井中成功地实施了大型分流压裂作业。     

双圆弧齿轮传动的温度场和热变形分析

重载高速运转的双圆弧齿轮传动,由于摩擦生成热量很大,不仅影响到传动系统(齿轮箱)的整体温度场,而且其本身因齿面或滚动体接触处的高温导致过大热变形,引起附加热应力,严重影响双圆弧齿轮传动的性能、工作可靠性及其使用寿命。为此,结合齿轮传动的传热学、摩擦学及啮合原理,建立了齿轮箱三维热分析有限元模型,计算了不同对流换热系数条件下处于热平衡状态的齿轮箱本体温度和摩擦副零件热变形,分析了稳态温度场和热变形的变化规律。计算结果表明,对于三维几何体的计算对象,采用有限元法求解温度分布、热应力、热变形等问题,比较精确、方便,更接近实际工况。     

气体钻井钻具组合瞬态动力学特性初探

钻柱转动时切向摩擦力会引起钻柱侧向位移,但采用钻井液钻井时其摩擦系数较小,因此该位移常被忽略不记。但在气体钻井时,其摩擦系数增大,该部分位移则不得不考虑。以弹性力学、材料力学为基础,考虑切向摩擦力对钻柱变形的影响,建立了转动钻柱在斜直井中三维瞬态动力学模型及力学方程,并采用龙格-库塔法求解方程数值,分析了钻井参数、滚动摩擦系数、滑动摩擦系数及井眼结构参数等对下部钻具组合变形的影响。分析结果表明:钻压增大,钻柱的变形量加大,钻柱变形节距减小,钻柱振动加剧,但对下部钻具的摩擦扭矩影响不大;井斜角增大,钻柱与井壁的接触力及摩擦扭矩增大,钻柱的变形节距减小;环空间隙减小,钻柱变形角增大,钻柱变形节距减小;钻井流体的密度越大,下部钻柱变形角越小;井斜角增大,不仅影响下部钻柱变形的大小,而且影响着变形方向。     

同心双管柱受力分析及变形计算

在油气井冲砂、排酸等井下作业中,同心双管柱具有广阔的应用前景。根据流体力学、弹性力学等理论建立了同心双管柱的力学、数学模型,比较全面地考虑了同心双管柱作业时受到的各种作用因素,推导出同心双管柱变形量的计算方法。计算结果表明,同心双管柱在压差、浮重、摩擦力、温差和膨胀综合作用下发生变形,对其使用和安全性能产生影响;在实际工程中,由于套管和管柱的摩擦作用以及井斜角的影响,同心双管柱的实际变形量要小于理论计算值;当外油管缩短内油管伸长达到一定值时,内油管发生屈曲变形,需要做管柱的变形补偿设计。