气体钻井连续循环短节主通阀的设计与分析

气体钻井连续循环短节主通阀可能会遇到阀本体强度失效、阀球转动失效和密封失效等问题。对气体连续循环短节主通阀阀球进行了力学分析,计算出靠人工转动阀球打开主通阀时阀体上、下所需的压力差。对主通阀阀体进行了局部三维分析,分析结果表明,最大应力出现在4个上开口挡圈与阀体的作用面上靠近凹槽根部,最大应力达192.8 MPa,满足强度条件。对主通阀密封进行了设计和计算,主通阀在内、外压差从5 MPa到35 MPa的变化过程中,主通阀的密封副所受作用力都大于密封面必须作用力,保证了所设计的主通阀满足密封性能要求。     

气体钻井连续循环短节的设计与本体的力学分析

气体钻井是欠平衡钻井技术的重要组成部分,可以提高钻井速度,但接单根工况需要中断循环,容易造成岩屑沉降、井壁垮塌、卡钻等安全隐患。为此,设计了一种在气体钻进中接、卸钻具可保持气体连续循环且便于安装和拆卸的短节,其主要结构包括短节本体、主通阀、旁通阀和旁通接头,重点解决了其核心部件主通阀、旁通阀的结构设计;在对其本体进行静力学分析的基础上,运用ANSYS有限元分析软件,模拟了短节本体在受拉伸、扭转、内压工况下的受力状况。分析结果表明,其应力分布趋势与弹塑性力学分析结果相符,在短节本体两处圆孔附近产生应力集中现象,最大变形量仍然处于材料弹性变形阶段。有限元分析结果与弹塑性力学分析结果相符,能满足本体强度的要求。该成果为解决大位移井、欠平衡井、窄密度窗口井等安全钻井提供了新的方案。     

气体钻井箭型回压阀的失效分析

随着气体钻井技术的不断发展和推广应用,更多的箭型回压阀应用于实际工程中,而箭型回压阀失效事故频频发生,严重阻碍了气体钻井技术的推广应用。调研指出箭型回压阀的主要失效形式为箭型回压阀阀体刺漏、流道堵塞以及支承座和阀座的磨损。其中,阀体刺漏主要由箭型回压阀的使用工况和机械损伤引起,同时,箭型回压阀的质量问题会导致阀的早期失效,使用者操作不当致使箭型回压阀的应力集中、承受过大的压力差而失效。针对失效形式和失效原因,提出了减小气体钻井箭型回压阀失效发生概率的预防措施和建议,旨在提高箭型回压阀在气体钻井过程中的使用寿命和安全性,利于气体钻井技术的推广应用。     

气体钻井连续循环短节旁通阀的设计与分析

气体钻井连续循环短节能有效解决井底压力不易控制、地层孔隙压力与破裂压力之间的操作压力窗口窄小、井眼鼓胀效应严重以及油气意外入侵等难题。设计了一种气体钻井连续循环短节,对其核心组件旁通阀在两种工况下受力状态进行了分析:关闭和打开两种工况下循环介质均会对阀体局部产生冲击力,易造成阀体局部强度破坏,且旁通阀关闭时,容易出现循环介质泄漏的情况。利用ANSYS有限元分析软件模拟了旁通阀处于关闭和打开两种工况下阀体的力学行为,对阀体危险截面进行分析。结果表明,该阀体结构满足各种工况下的强度条件,且旁通阀处于关闭状态时对密封性能有严格要求。研究同时完成了旁通阀密封副的密封设计分析。     

PFF65-140型硬密封圆弧平板闸阀结构改进

PFF65-140型平板闸阀在140MPa超高压力作用下,阀板和阀座表面的硬质合金层经常发生爆裂失效。通过受力分析,原密封结构的比压大于标准值,阀板存在应力集中区,阀座基体的变形大,这些因素是导致其硬质合金层失效的原因。改进了阀板和阀座的结构,使其受力合理;并控制阀座、阀体阀座孔的装配间隙小于0.2mm。经过改进后,该阀的加工工艺简单、制造成本低、强度高、密封可靠,能够满足140MPa井口装置的使用要求。     

天然气分输减压阀流场分析及耦合应力场计算

减压阀结构复杂,在工况压力下变形不协调,应力集中严重,容易造成阀体的强度失效,缩短阀体的使用寿命,造成天然气泄漏等问题。为此,以RMG530减压阀为研究对象,依据实际工况进行了阀体及阀内流体数值仿真计算。计算结果表明,在绝热条件下,耦合应力中热应力占据主导地位,应力最大点位于阀笼节流孔处,为180 MPa,阀套处最大应力为126 MPa;在加热条件下,耦合应力中内压应力占据主导地位;进口管段到阀座拐角处最大应力为170 MPa,阀笼处最大应力为106 MPa,阀套处最大应力为73 MPa;在加热条件下阀笼和阀套处的耦合应力比在绝热条件下明显减小,加热可降低阀笼和阀套处应力,延长阀套使用寿命及减压阀可靠运营年限。研究结果可为天然气分输站场工艺流程的设定和阀体结构优化设计提供指导。     

单点系泊输油旋转接头结构设计与分析

单点系泊系统中,旋转接头由于设计难度大、制造工艺复杂以及密封性能要求高等特点,一直被国外公司作为核心技术而长期封锁,国内目前还没有自主设计制造的单点系泊旋转接头投产使用。鉴于此,根据单点系泊输油终端的功能需求总结了输油旋转接头的结构设计技术要求,并根据规范设计了一种单通道轴向旋转接头,对该旋转接头的结构型式进行了论证及壁厚计算;通过有限元分析计算了旋转接头结构所受应力及变形,验证了装置的本体结构所受应力小于其许用应力,轴承安装螺栓所受最大应力在其屈服强度范围内,密封间隙的最大变形量在密封件要求的范围内,从而有效地保证了旋转接头装置密封性能的可靠性;最后采用设计的旋转接头台架试验装置对旋转接头原型样机进行了旋转效用试验、静态密封试验和动态密封试验,试验中未出现密封泄漏,进一步验证了旋转接头结构设计的可靠性。该项研究提供了单点系泊旋转接头的设计与验证方法,对旋转接头的国产化应用具有一定的借鉴意义。     

一种新型连续循环阀设计

连续循环阀是一种新的钻井工具, 它可以在钻井起下钻过程中实现钻井液的连续循环, 保证在上、 卸钻杆操作过程中井下压力的稳定, 减小或解决由于井下钻井液的中断循环带来的问题。作为一个工具短接, 它在功能上可以替代复杂的连续循环系统, 具有较好的经济性和应用前景。文章运用有限元软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对所设计的阀结构进行了分析, 在阀体结构强度分析时, 采用的工况为在井口时拉力最大、 工作时扭矩最大、 停止工作时内压最大的组合载荷, 结果显示其阀体在侧壁孔附近的应力集中较为严重, 是整个阀的薄弱点, 与运用弹塑性力学所得解析解相似, 此处需要进一步的加强设计。     

烟气脱硫吸收塔现场大开孔的安全性分析

以某公司催化裂化装置烟气脱硫吸收塔(吸收塔)现场大开孔为例,介绍了在大开孔后吸收塔塔体重心发生偏移的情况下,重力载荷、偏心载荷、风载荷、地震载荷对开孔截面的影响,并对吸收塔现场大开孔的安全性进行了理论分析.分别选取两个风向(风沿着y,x轴方向)作为危险工况,计算两种工况下的抗弯截面系数,对两种工况下弯矩产生的轴向应力和稳定性进行校核计算.结果表明:该截面圆筒在工况1下产生的轴向拉应力σ和轴向压应力σ’分别为21.38,45.50 MPa,工况2下产生的σ和σ’分别为16.76,40.88 MPa,4种结果均小于对应塔体材料许用应力值115.44 MPa和许用压应力值178.50 MPa,说明该塔体开孔剩余截面的强度足够,即理论上现场大开孔是安全的.但由于现场实际施工情况复杂,开孔前仍需在开孔塔壁处采取有效的加强措施.     

井下套管阀研究及室内试验

随着欠平衡钻井技术的深入研究和推广应用,全过程欠平衡钻井技术已成为研究热点。除了常规的欠平衡装备外,全过程欠平衡钻井还需配备井下套管阀,为此,研制了一种双液控井下套管阀。为检验该阀的使用可靠性,进行了全面的室内试验和测试,试验内容包括压力密封能力,高压、有流动情况下阀板关闭的动作准确性,模拟现场阀板下憋压时打开阀板的作业程序,检测在各种密封压力时阀的微泄漏量。试验结果表明,该阀达到设计要求,能够满足全过程欠平衡作业的工艺要求。