叶片式旋风管流场数值模拟研究

为完成天然气输送中的净化,探究含杂质天然气在旋风分离器中的流动和分离规律,以常温下的甲烷气体近似替代天然气作为研究对象,运用数值模拟方法对叶片式多管旋风分离器中单管流场的压力、流速和湍流情况进行了分析。数值模拟计算结果表明:1叶片式旋风管主筒内的外旋流压强较高,内旋流压强较低。整个旋风管中心处的压力最低,横切面压力变化呈近似V型分布。2从入口到出口,单管压降约为5.3kPa。3横切面速度值沿轴向变化不大,成驼峰状分布。4湍流动能集中于主筒的环形空间中,湍流动能耗散率比较高的区域则分布于排气口处和主筒较小的环形区域内。5排气管入口处气流速度最大,容易引发气流短路与扰流。模拟分析的结果总体上与工程实际测量吻合较好。     

地层塌陷作用下埋地管道应变响应分析

为研究地层塌陷对埋地管道力学性能的影响,基于薄壳大变形和管土耦合作用,应用有限元软件对地层塌陷后未形成悬空的X65管道应变响应进行数值模拟,分析地层塌陷量、管道壁厚、埋深及地层土体性质（弹性模量、泊松比和粘聚力）对管道应变响应的影响规律。结果表明:管道的挠曲变形和轴向应变随着塌陷量的增大而增大,随着壁厚的增大而减小;上覆土粘聚力较大时,管道挠曲变形随着埋深的增加而减小;而当上覆土粘聚力较小时,管道挠曲变形随着埋深的增加而增大。地层土体泊松比对管道变形和应变影响较小;管道挠曲变形和轴向应变随着土体弹性模量和粘聚力的增大而增大,但不同地层沉降量下的轴向应变变化规律不同。     

定向穿越管道的挤毁失效及其防护装置的设计

定向穿越敷管技术由于其特殊优势,被越来越多地应用于油气管道敷设,但复杂的地质条件又极易导致穿越管道挤毁失效,对油气输送安全造成严重威胁。为此,针对复杂地层中穿越管道的挤毁失效行为,分析了其失效原因,主要是由孔壁失稳、地层沉降和地下水渗流等所导致的。进而基于管材非线性及管土耦合作用,建立了无缺陷和凹陷穿越管道的挤毁数值计算模型,并对其挤毁行为进行了研究。结果表明:①无缺陷管道与凹陷管道的挤毁失效模式不同,完整穿越管道的挤毁过程可分为6个阶段,管道横截面经历了椭圆形、"新月"形、"葫芦"形及"8"字形变化过程;②而凹陷管道的挤毁过程可分为5个阶段,管道横截面经历了"心"形、"新月"形、"葫芦"形及"8"字形变化过程;③围土压力越大,管道的挤毁失效后果越严重。最后,设计了一种结构简单、易于操作且具有自主知识产权的定向穿越管道用防护装置,可以有效降低管道发生凹陷、挤毁等失效的概率,延长管道使用寿命,可用于穿越危险地层的油气管道防护。     

螺杆钻具等壁厚衬套性能分析

螺杆钻具以其独特的优势在定向钻井生产中得到青睐,但仍不能广泛应用于深井、高密度泥浆井以及小曲率半径的水平井.目前.常规螺杆钻具衬套的内表面是螺旋曲面,橡胶衬套厚薄不均,衬套抗变形能力低,单级承压小,泄漏沿程长,机械特性软,热膨胀不均、磨损速度快,故导致效率持续降低.因此.长度短、大功率、高压降、低转速螺杆钻具的开发与应用,已成为提高钻井效率、节约钻井成本的重要环节.为此,进行了螺杆钻具橡胶衬套力学性能实验,建立了螺杆钻具等壁厚衬套和常规衬套的力学计算模型.结果表明,在相同压力下,等壁厚衬套比常规衬套有更好的抗形变能力;在相同的过盈量下,等壁厚衬套有更好的密封能力.在同等扭矩下,等壁厚定子螺杆钻具的定子长度可以得到缩短.     

往复密封中星型密封圈的密封性能分析

建立星型密封圈和O型密封圈的有限元模型,分析它们在静密封和往复动密封中的密封性能,并对影响星型密封圈往复密封特性的流体工作压力、往复运动速度、预压缩量和摩擦因数进行分析.结果表明,在静密封中,星型密封圈的密封性能比O型圈好,但其内应力较大,容易发生失效;在往复动密封中,密封圈的密封性能随时间呈现波动变化,星型圈比O型圈更适宜用于动密封中;星型圈在内行程中的密封性优于外行程,但其随时间波动较大;星型圈的最大接触应力并不与工作压力和运动速度呈线性关系,预压缩量和摩擦因数对星型圈内行程中的密封性能影响较小,而对其外行程影响较大.     

等壁厚螺杆钻具定子螺旋槽拉刀设计

围绕等壁厚螺杆钻具定子螺旋槽的加工问题,在分析了螺杆钻具定子螺旋曲线的特点及加工方法的基础上,确定采用铣削加工进行粗加工,然后采用拉削进行成形加工的方法进行螺杆钻具定子螺旋槽的加工,并对拉刀进行了设计计算.     

长胶筒在水平井酸化管柱中的可行性分析

针对目前水平井酸化施工中缺乏完整的工艺措施和配套安全、可靠、高效、适用的井下工具等问题,提出了采用长胶筒实现水平井酸化施工的密封、锚定、支撑功能的新思想,并开展了其工作机理研究。利用ABAQUS有限元分析软件,完成了摩擦因数f=0.1～0.6情况下,长胶筒在水平井施工工况下的有限元分析。分析结果表明,该长胶筒在水平井酸化施工作业中基本满足要求。     

输气站场多管干式分离器压降相关问题探讨

多管干式分离器由于结构简单,分离效率高,被广泛用于输气站场天然气的净化处理。本文通过调研100台在役多管干式分离器的运行情况发现,由于排污不彻底,带来的返尘、堵塞等情况时常出现,排污通常是由压降这一指标来表现的。本文通过模拟多管干式分离器内部的压力场,分析了单根旋风子与多管干式分离器之间压降的关系,提出了有关建议。     

螺杆钻具等壁厚衬套的设计及仿真分析

螺杆钻具以其独特的优势在定向钻井生产中得到青睐，但仍不能广泛应用于深井、高密度钻井液井以及小曲率半径的水平井。常规衬套的内表面是螺旋曲面，橡胶衬套厚薄不均，衬套抗变形能力低，单级承压小，泄漏沿程长，机械特性软，热膨胀不均、磨损速度快，故导致效率持续降低。因此，长度短、大功率、高压降、低转速螺杆钻具的开发与应用，已成为提高钻井效率、节约钻井成本的重要环节。为此，设计了一种等壁厚螺杆钻具衬套，进行了螺杆钻具橡胶衬套力学性能实验，建立了螺杆钻具等壁厚衬套和常规衬套的力学计算模型。结果表明，在相同压力下，等壁厚衬套比常规衬套有更好的抗形变能力；在相同的过盈量下，等壁厚衬套有更好的密封能力。在同等扭矩下，等壁厚定子螺杆钻具的定子长度可以得到缩短。     

轴向载荷对牙轮钻头螺纹锁紧环联接性能影响的分析

在新型牙轮钻头上，螺纹锁紧环代替了原来的滚珠。起锁紧牙轮、防止牙轮脱落的作用。文章采用弹塑性接触有限元法，利用ANSYS有限元分析软件，将材料的非线性和状态非线性耦舍求解，同时，考虑了轴向载荷时螺纹锁紧环螺纹联接性能的影响，通过分析计算得出了各螺纹牙面的接触压力、轴向位移和Von Mises应力的分布情况，为螺纹锁紧环的设计提供了理论依据。