螺杆钻具和螺杆泵挠性轴的等应力设计

在给出挠性轴静动态研究的主要成果基础上，参照满应力设计准则，提出了挠性轴的等应力设计方法，这是通过调整受弯类构件的结构参数，实现构件各截面的相当应力趋于均衡的一种设计方法。详细介绍了未定结构型式的挠性轴的等应力设计方法与步骤，并应用修正的勒让德多项式作松弛因子，以加速迭代收敛过程。算例表明，等应力设计法不但可以降低挠性轴各截面的应力差值，而且还可较大幅度地减少轴用材料。     

侧钻开窗钻具组合挠性短节 非线性力学模型及失效分析

挠性短节是套管侧钻开窗钻具组合中易产生弯曲大变形失效的管柱,合理设计钻压、扭矩、挠性短节尺寸等参数,保证挠性短节安全是侧钻成功的基础。为建立挠性短节受力失效条件与影响因素的定量关系,文章考虑开窗钻进的动态过程,建立了挠性短节非线性力学模型,采用ANSYSWorkbench数值分析了挠性短节的应力与变形分布,研究了钻压、扭矩、挠性短节壁厚对挠性短节力学状态的影响规律,得到了三种型号挠性短节失效时的极限钻压和极限扭矩。研究结果表明,挠性短节壁厚是影响开窗钻具安全的首要因素,其次为钻压和扭矩;挠性短节壁厚增加20 mm（10.4 mm增大至30.4 mm）时,开窗钻具最大压应力由870.64MPa减小到804.04MPa,减幅为7.65%;钻压由3t增大到13t时,挠性短节最大压应力由838.33MPa增大到860.13 MPa,增幅为2.60%;扭矩由1.5 kN·m增大到10kN·m,挠性短节最大压应力由842.42 MPa增大到849.56 MPa,增幅仅为0.85%。文章所建立的挠性短节力学模型及失效分析方法为开窗施工参数及钻具尺寸的设计提供了参考。     

螺杆钻具挠性轴强度校核及干涉量计算

螺杆钻具挠性轴设计中的两个主要问题是强度校核和干涉量计算。应用纵横弯曲梁柱理论求解挠性轴的弯矩及变形量，应用数值计算法研究挠性轴自身惯性力对挠性轴的最大弯矩及变形量的影响，计算结果表明，在挠性轴较长时，影响较大，不能忽略不计。挠性轴强度校核主要是校核疲劳强度，为此提出了合理设计挠性轴的原则，即挠性轴的疲劳强度应取决于扭转疲劳强度。若疲劳强度取决于弯曲疲劳强度，则可增加挠性轴的长度，且挠性轴最佳直径为满足强度要求的最小值。为确保挠性轴的使用安全性，给出了干涉量计算式。     

挠性抗回旋PDC钻头的有限元分析

回旋是导致PDC钻头早期失效的主要原因，介绍了一种基于挠性钻头的构想设计的抗回旋PDC钻头，阐述了其结构和抗回旋原理。对挠性钻头的公、母接头进行了有限元应力分析，说明了模型建立、网格划分以及约束和载荷施加过程中所采用的方法和关键技术。有限元分析结果表明挠性钻头的强度满足要求。     

挠性轴的应力计算

单螺杆泵(即MONO泵)的转子运动为行星运动,故传动轴至转子的传动多数使用万向轴,自75年开始逐渐推广以挠性轴代替万向轴的设计,以细长的挠性轴的横向变形适应行星运动的要求。它有制造简单和无磨损另件等优点。单螺杆油气混输泵(即锥形单螺杆油气混输泵—压缩机)的转子为定点运动,故其传动也需要用挠性轴。这两种泵的挠性轴的工作条件相似,仅边界条件不同。本文首先讨论单螺杆泵的挠性轴的应力计算,然后再讨论单螺杆油气混输泵的挠性轴。本来,前者可以作为后者的特例给出,但因前者的应用较多,分别讨论,可以使前者的应力计算避开更一般性的分析。     

壳程压力载荷下挠性管板扳边应力分类及评定

挠性管板扳边应力比布管区应力大得多，在管板设计计算中应重点考虑。GB/T 16508—2013 《锅壳锅炉》和SH/T 3158—2009 《石油化工管壳式余热锅炉》仅给出了挠性管板扳边结构设计的指导意见和适用范围，没有给出扳边部位的强度计算方法。有关挠性管板应力分析的文献也未给出只考虑压力载荷作用下扳边应力的分类和评定。以1台火管锅壳锅炉为例，对其变形进行分析，建立了5个扳边应力计算有限元模型，研究了在只承受壳程压力载荷下，挠性管板扳边的应力分类和评定。结果认为，挠性管板扳边应力为典型的二次应力，其薄膜应力加弯曲应力应按二次应力进行评定。     

螺杆钻具挠性轴断裂失效分析及预防措施

针对螺杆钻具挠性轴早期断裂失效频繁的问题，对典型失效样品进行了失效原因分析。提出了合理设计、制造、装配及使用应采取的预防措施。     

关于挠性轴计算问题的讨论

本文利用Laplace变换获得了挠性轴在螺旋弯曲状态下的变形与应力计算公式.根据实例计算发现现有挠性轴寿命极短的主要原因在于轴的强度不够.这一观点,有可能使螺杆钻具与螺杆泵的寿命短的现状有所改善.     

钻井工具多轴高周疲劳寿命预测模型优选

针对钻井工具多轴高周疲劳问题,进行了疲劳寿命预测模型优选。结合多轴疲劳理论,分析了非比例加载条件下的多轴应力状态及多轴疲劳情况下材料开裂行为,总结了多轴疲劳模型,并推荐Dang Van模型用于判断钻井工具在特定应力下是否会发生疲劳失效。介绍了Dang Van模型的基本准则、推导原理、适用范围及疲劳极限计算公式。基于钻井现场实际应用的稳定器转向定子驱动轴实际故障验证了Dang Van多轴疲劳模型,并将其与原始平均应力模型进行了对比,结果表明,原始平均应力模型计算结果偏于保守,Dang Van模型更适用于钻井工具多轴高周疲劳寿命预测。     

螺杆钻具挠性轴结构改进分析

通过对现有某型号螺杆钻具挠性轴的结构尺寸分析,建立了挠性轴受力分析的有限元模型。有限元分析结果发现:原始挠性轴过渡区结构不合理,在过渡区存在应力集中现象。研究了挠性轴过渡区倒圆半径与应力集中系数的关系,得出了挠性轴上过渡区倒圆半径大于150mm时,可以消除应力集中现象的结论;同时研究了挠性轴直径、长度结构变化与提高挠性轴寿命的关系,提出了螺杆钻具挠性轴结构改进的3种可行方案,这3种方案均可消除挠性轴上的应力集中,为挠性轴寿命的提高提供了理论依据。     

指向式旋转导向系统偏置心轴力学模型及优化

在建立指向式旋转导向系统心轴在静态偏置条件下力学模型的基础上,推导出心轴轴身的几何方程和力学方程。在满足设计要求的前提下,以延长心轴和上部支撑轴承的使用寿命为优化目标,对心轴各项参数进行了优化计算与分析。优化分析得出2点结论:(1)在保证上支撑轴承寿命的前提下,应尽可能使作用力P的作用点落在a=13处,使心轴在较小的挠曲状态、较小的作用力P、弯矩M1和M2下工作,以延长心轴的使用寿命;(2)当心轴在设计的挠曲角θ0的情况下,作用力P和上支撑轴承在弯矩M2下的设计使用寿命无法保证时,可适当增加心轴长度L,从而降低偏心施力机构的设计要求。     

游梁复合偏置平衡节能型抽油机的优化设计

采用游梁、曲柄复合偏置平衡技术方案设计了一种小型游梁抽油机。建立了数学模型和目标函数,采用网格法寻优,对该抽油机进行了优化设计。优化结果表明,抽油机受力情况有所改善、减速器输出轴均方根功率、减速器输出轴当量扭矩、峰值扭矩和负扭矩都有大幅度下降,获得了较好的节能及综合性能。     

螺杆钻具在侧钻井钻进过程中相关问题的探讨

套管内侧钻是低成本开发剩余油气的有效途径。由于螺杆钻具本身具有良好的动力特性,在套管内侧钻中得到广泛应用。螺杆钻具主轴轴承总成是螺杆钻具的薄弱环节,对整个螺杆钻具的使用寿命起决定性作用。主轴轴承的结构形式又决定了螺杆钻具的使用条件。通过对螺杆钻具主轴轴承的轴向力分析,指出螺杆钻具在套管内侧钻井钻进中应注意的问题。     

可膨胀管旋转膨胀系统设计研究

早期的膨胀锥在应用于实体管膨胀时，不但需要较大的轴向力，而且存在套管膨胀后的轴向尺寸会有较大的减小等难题。文章根据旋转膨胀系统结构中滚轮上所受的压力、滚轮轴强度、所需的液体压力及活塞直径等参数，从保证套管能被顺利膨胀出发，结合工程实际，建立了力学分析模型，并设计了旋转膨胀系统的具体结构，对主要零件及主要参数（本体、活塞、滚轮轴、滚轮等）进行了强度设计和尺寸设计。所设计的整套膨胀系统在钻压作用下沿轴向有一位移，同时限压阀因为压力降低而复位，液体压力再次逐渐升高，这样就完成了一个周期动作。上面的动作周而复始，形成了一个连续的膨胀过程，从而完成对套管的膨胀作业。     

游梁式抽油机运行过程优化控制扭矩测试分析

为了验证游梁式抽油机优化控制技术在抽油机上的应用效果,在大庆油田采油工程技术研究院的标准井上,通过贴应变片的方法,分别测定在常规工频和优化运行状态下抽油机3轴(电机轴、减速器输入轴和输出轴)扭矩的变化情况,并进行对比分析。分析结果表明,游梁式抽油机采用运行过程优化控制技术能够明显降低电机轴、减速器输入轴和输出轴的扭矩,且电机轴的扭矩降幅最大,减速器输入轴的扭矩降幅次之,减速器输出轴扭矩降幅最小;不同平衡率下,电机轴扭矩、减速器输入轴和输出轴扭矩峰值降低的幅度也不同;在300、600和800 m 3种动液面下,电机轴和减速器输出轴的扭矩交变幅度都降低,降低比例为36.8%～64.1%。     

螺杆泵地面驱动装置机械密封系统研制

为了解决螺杆泵地面驱动装置光杆盘根盒动密封系统存在的严重渗漏、光杆磨损多、维护管理成本高等问题，研制了新型机械密封系统。它成功地取代了原有盘根盒结构，将光杆和装置之间的旋转动密封用光杆和密封轴之间的静密封以及密封轴和装置之间的机械动密封来实现，解决了上述问题。现场应用200多口井，最长无泄漏运转时间已超过2a。     

连续管在水平井井筒中的力学模拟试验系统

为了更好地了解连续管在井下的力学行为,针对不同的井身结构并考虑水平井在内的全井段模型,开展了连续管井下力学试验研究。试验考虑相似原理设计和现象观察,初步采用钢丝模拟连续管,用有机玻璃管模拟井筒。拟采用人工记录和计算机数据采集系统相结合的方法记录试验数据。试验结果表明,试验系统能够较完整地模拟连续管在井筒内的屈曲、屈曲锁死、井口屈服和解除屈曲;在试验台架能力范围内,井筒的弯曲段部分仅发生平面正弦屈曲,不发生螺旋屈曲;解除屈曲过程首先释放首端轴向力,直到首端轴向力小于等于末端轴向力时,随着首端轴向力的进一步释放,末端轴向力才同步释放。     

抽油机减速器轴头密封结构的改进

针对在用抽油机减速器普遍存在的渗漏油问题, 提出了一种新型减速器轴头密封结构。这种密封结构是将机械密封运用到轴头密封上, 在轴承端盖内部安装由动静环、Ｏ 形橡胶圈及弹簧等组成的机械动密封装置, 动密封件选用具有一定硬度和耐磨性的材料制成。现场试验表明,密封结构性能可靠, 使用寿命长, 对轴头无磨损, 功率损耗小, 从根本上杜绝了抽油机减速器轴头的渗漏油现象。     

机械破块器轴密封技术应用研究

机械破块器是以气相流化床法生产聚乙烯产品的主要设备之一，通过对不同的轴封材质及结构进行分析和比较，选择合理的轴密封型式，并在实际应用中取得良好的经济效益。     

G构造深部地层井壁稳定研究

在东海西湖凹陷G构造勘探开发作业过程中,花港组以下深部地层多次发生由井壁失稳引发的起下钻遇阻、井壁掉块等井下复杂情况。该文选取伊顿法计算了地层孔隙压力纵向剖面,发现异常压力主要集中在花港组以下深部地层。并根据莫尔库伦准则进行井壁稳定钻后分析,该构造地区井壁失稳的主要原因是钻井液密度低于地层坍塌压力导致的力学失稳,以及由钻井液泥浆性能引起的泥岩水化。为确保后续钻井作业安全,建议在G构造相关区块开展钻前压力预测研究,并优选油基钻井液以避免泥岩水化。