不同温度钻井液浸泡岩石对其表面形貌的影响

为揭示钻井液浸泡岩石产生表面形貌损伤引起井壁失稳，选取砂岩、页岩岩样，利用三维光学显微镜，对不同温度钻井液浸泡作用前后的岩石表面形貌进行测试，定量分析其特征参数，探讨温度对岩石表面形貌的影响机制及损伤度。结果表明:随温度的升高，特征参数S_a、S_q、S_k整体上呈增大趋势，特征参数S_r整体上呈减小趋势，导致其形貌轮廓的粗糙度、离散性、波动性增加，轮廓起伏度降低，对称性优于浸泡前；在30～120 ℃时，形貌损伤度逐渐增加，在120～150 ℃时，形貌损伤度降低，形貌损伤度极值点T_S在120～150 ℃之间。砂岩和页岩的高度特征参数的损伤度大于纹理特征参数的损伤度。      

固井质量对页岩气井水平井段套管失效的影响

开采页岩气所使用的套管受力复杂,当固井质量不合格时,容易在套管上产生较大的应力集中,从而导致其变形失效。目前,专门分析固井质量对水平段套管损坏影响的研究还比较少,对压裂工程中造成套管损坏的研究则更少见。鉴于此,应用ANSYS有限元软件,根据实际页岩气井的参数和工况建立模型,对水泥环的缺失和偏心两种固井质量差的形式进行了数值分析计算,得到套管的Mises等效应力分布情况和套管应力受影响的规律。研究结果表明:水泥环缺失会在套管的内表面上产生较大的应力集中,套管应力会随着缺失角的增大而增大;水泥环缺失发生在水泥环变形最大位置时,缺失对套管应力增加的影响更大;水泥环偏心距越大,套管上的应力越大。研究成果可为页岩气的现场开采提供有益指导。     

钻井机器人的连续油管钻压和钻速控制模型

连续油管钻井机器人利用机身内外的钻井液压力差作为动力源，可在牵引连续油管的同时加载钻压。以钻井机器人为基础，建立连续油管钻柱动力学模型，并推导出通过钻井液排量控制钻压和钻速的单参数控制数学模型；对钻井机器人引入调速回路，建立具有调速功能的钻柱动力学模型；在溢流阀调定压力大于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量和节流阀流通面积两种参数控制钻压、钻速的数学模型，在溢流阀调定压力小于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量、节流阀流通面积和溢流阀调定压力3种参数控制钻压、钻速的数学模型；以11.43 cm（4.5英寸）井眼为例，对上述3种数学模型进行了分析。分析结果表明：钻压、钻速随钻井液排量的增加基本呈线性增加，在钻井液排量大于0.005 m³/s时，钻井机器人能够向前爬行，在钻井液排量大于0.005 7 m³/s时，钻头能够正常钻进；调节节流阀流通面积和溢流阀调定压力，可以在一定范围内无级调钻压和钻速；3种控制方法相结合，可以实现小排量、大钻压，及大排量、小钻压等钻井参数的控制。以控制模型为基础，针对不同井下工况建立钻进工艺的专家数据库，以钻井机器人为"大脑"，结合井下随钻测量数据就能够实现闭环控制，自动钻进。     

金属O形环密封结构的泄漏模型研究

基于分形理论的金属垫片泄漏模型,改进了密封面的接触模型,综合考虑了密封面微凸体的完全弹性、第一弹塑性、第二弹塑性和微凸体大小分布的域扩展因子;分析金属O形环密封接触宽度与设计压缩率的关系,推导出金属O形环密封结构的泄漏模型,并进行验证分析。结果表明:压缩率在一定范围内,接触宽度随压缩率的增加而逐渐增加;但当压缩率超过一定值后,O形环发生塌陷,导致接触宽度迅速减小;各压缩率下计算得到的泄漏率与试验结果在同一量级,说明建立的泄漏模型适用于金属O形环密封结构泄漏率的预测。     

可拆卸式共享单车智能存储系统设计

针对共享单车存放问题,创新设计了一种小型智能存储车库装置。装置由传送机构和库体部分两部分组成,并通过PLC实现自动控制。装置可拆卸、结构简单、占地面积小且存取车方便,能够提高共享单车管理效率。     

表面织构形状对牙轮钻头轴承摩擦学性能影响的实验研究

牙轮钻头滑动轴承作为钻头破岩过程中传递载荷的关键部件,在低速重载的钻井过程中易发生黏着磨损失效。为改善牙轮钻头滑动轴承的耐磨性能,利用纳秒激光雕刻技术,在牙轮钻头滑动轴承轴颈表面加工了面积比为10%、深度为20μm的圆形、矩形、三角形及复合织构;基于赫兹相似理论,设计近似模拟钻头轴承工况的环-块配对副单元实验方案,并在UMT摩擦试验机上开展织构形状对钻头滑动轴承摩擦副摩擦因数、磨损量、温升变化和微观形貌影响规律的实验研究。结果表明:仿生织构的形状及布置方式对减摩和耐磨效果影响极大,其中圆形、矩形织构的减摩和耐磨性能最优,其次为三角形织构,而复合织构反而增大了摩擦因数及磨损量;单一织构对试件磨损量及温升的影响不大,而复合织构在增加摩擦的同时温度有明显升高,不利于井下高温环境下延长牙轮钻头寿命。     

径向夹持载荷作用下海洋柔性管骨架层的静力特性研究

骨架层径向压缩失效是海洋柔性管的主要失效形式之一。为了分析海洋柔性管骨架层在径向夹持载荷作用下的力学特性，基于ABAQUS建立了考虑材料非线性的骨架层数值模拟模型，得到了层间相互作用和压块数量对骨架层径向压缩时力学特性的影响。计算发现:当施加相同载荷时，考虑骨架层层间滑动将增大骨架层径向压缩位移；压块数量是骨架层径向压缩特性的重要影响因素，压块数量越多，骨架层径向压缩刚度越大，许可径向压缩力越大，但许可径向压缩位移越小；压块数量超过4个时，压块数量对骨架层径向压缩特性的影响逐渐减小。研究结果表明，给出的数值方法能有效计算柔性管通过不同压块数量的张紧器时，柔性管不发生过度变形的最大加载位移和最大夹持力。      

基于儒可夫斯基变换的涡轮钻具叶片设计及性能分析

为提高涡轮钻具叶片使用性能和创新叶片设计理论,提出了基于儒可夫斯基保角变换法与经典水力翼型相结合的涡轮钻具叶片设计新方法,以?127涡轮钻具叶片为研究对象,运用搭建的涡轮钻具叶型参数化设计平台和自主设计的涡轮钻具性能测试台架,完成了5种翼型的造型设计,研究了5种叶片流场性能,开展了设计叶片的性能测试实验,对比分析了设计叶片与塔里木油田某型在役?127涡轮叶片的实际效能。实验及仿真结果表明,基于新方法设计的NACA-0012翼型加厚叶片在600 r/min转速及15 L/s流量的设计工况下,其单级扭矩达5.83 N·m,较相同条件下某在役?127涡轮的单级扭矩提高约6.4%,级效率提高约1.16%,整体性能有了实质提升。     

响应面法在自激脉冲喷嘴结构优化中的应用

为了提高自激脉冲喷嘴的射流性能,利用CFD对自激脉冲喷嘴进行流场的数值分析,并与响应面法相结合对喷嘴结构进行全局优化。建立以喷嘴进口直径d_1、出口直径d_2、腔长L_c、腔径D_c为设计变量,以打击力F为目标函数的数学优化模型;通过对建立的数学模型进行分析,获得喷嘴结构的最优参数;最后对优化后的结构进行对比分析,得到优化后的喷嘴在射流性能上有显著的提高,其打击力提高约20%;并且通过分析因素交互作用图,得到各个结构参数对射流性能的影响规律。     

大型LNG接收站泄漏事故灾害效应分析与预测

LNG接收站的储运介质主要是液化天然气,由于其具有易泄漏、易挥发扩散等特性,泄漏形成的可燃蒸气云团有可能引发火灾爆炸等严重后果,分析并预测接收站LNG泄漏事故产生的灾害效应,可以为LNG接收站选址、布局设计和事故灾害预防提供参考。为此,利用FLACS软件,根据国内某大型LNG接收站的现场布局建立LNG泄漏扩散三维预测模型,采用相对偏差率对不同风速、风向和围堰高度条件下的LNG泄漏扩散行为进行分析与评价,预测了接收站LNG泄漏事故产生的灾害效应。研究结果表明:①在300 s的扩散时间内,LNG泄漏扩散呈现重力沉降特点;②定量分析了泄漏点位置对国内某拥有5个储罐的大型接收站LNG泄漏与扩散效应的影响,确定3号储罐泄漏造成的灾害效应影响最大;③围堰高度对LNG气云爆炸灾害效应的影响最大,其次为风速和风向,而风向对LNG气云窒息灾害效应的影响最大,其次为围堰高度和风速;④发生泄漏事故意外点火爆炸,热辐射死亡最大半径为170.1 m,三度烧伤最大半径为213.7 m,二度烧伤最大半径为261.7 m,一度烧伤最大半径为370.1 m,其气云团覆盖的范围基本是死亡区,人员重伤死亡。