潜孔钻头排屑槽布置方式对井底流ε场影响的研究

在勘探钻井过程中，现场应用的潜孔钻头存在排屑能力差、井壁冲蚀破坏严重的问题，这与钻头井底流场分布有着密切关系，而钻头排屑槽的布置方式又对井底流场的分布及流体的排屑能力起着重要作用。本文充分考虑了钻头排屑槽的布置方式对井底流场的影响，建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型，在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型，运用k-ε两方程模型，对钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响进行了数值模拟研究，找到了钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响机理，为设计排屑能力强、对井壁冲蚀破坏小的新型潜孔钻头提供了理论依据。     

空气锤钻头失效分析及结构优化设计

空气钻井钻头失效主要体现在钻齿断裂和脱落、本体缩径以及花键的断裂。对钻头结构做了相关设计与优化,考虑地层岩石的水平应力和上覆岩层压力状态,建立了活塞-钻头-岩石的全尺寸互作用模型。在实际测试的岩石力学参数的基础上,利用显示动力学非线性分析方法,对2种钻头结构进行了数值模拟计算,同时对钻头侵入能、冲击合力以及扭矩进行对比分析。分析结果表明,改进后的钻头结构有助于提高机械钻速,延长钻头寿命。该项研究结果对空气锤钻头的优化设计具有一定的参考价值。     

牙轮钻头螺旋密封牙型对排砂性能的影响*

基于螺旋密封结构的排砂原理和流量平衡理论，建立锯齿形、矩形、梯形、半圆形4种螺旋牙型对应的流道模型，建立排砂性能评判标准，结合流体湍流模型和固体颗粒运动轨迹追踪法对不同牙型的速度场、压力场以及岩屑滞留时间进行分析，探究牙型对螺旋密封排砂性能的影响规律，评价不同牙型的排砂性能，并对螺旋密封牙型进行优化设计。结果表明：4种螺旋牙型都具有主动排砂能力；锯齿形密封流道两端压差最大，能够产生较大的泵送流量，岩屑颗粒更易排出，同时锯齿型密封中岩屑颗粒的滞留时间最短，因此锯齿形螺旋密封的排砂性能最好。优化结果表明，锯齿形螺旋密封牙型的螺距为3.2 mm、工作面倾角为3°、非工作面倾角为30°时排砂性能最优。     

万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析及改进

钻井泥浆泵柱塞密封性能的好坏与使用寿命的长短直接影响到高压泥浆泵的工作性能及质量。为了弄清高压钻井泥浆泵柱塞密封圈的失效形式、原因及机理,进一步提高钻井泥浆泵柱塞密封圈的寿命,对万米钻井泥浆泵柱塞密封失效分析。结果表明, 高压钻井泥浆泵柱塞密封主要的失效形式为：扭曲变形、老化、磨损、撕裂与断裂等。主要影响因素是温度过高,散热不好,引起密封圈老化,密封材料丧失性能,其次是钻井液等颗粒的进入,对密封面进行不断的磨损,导致密封圈损坏。建议从密封圈的材料、结构设计、组合数量以及冷却装置等方面进行技术改进来提高高压钻井泥浆泵柱塞密封的性能和使用寿命。     

潜孔钻头本体三维弹塑性有限元分析

以QF-Ⅱ型潜孔钻头为原型,应用有限元分析软件ANSYS阐述了潜孔钻头本体结构的有限元模型建立、网格划分、材料的本构关系、边界条件的处理等相关问题,对不同牙齿过盈量时钻头本体应力的分布情况进行了模拟研究,并得出了相应的Von mises应力分布图,为合理进行潜孔钻头本体结构设计提供了依据和校验方法.     

B9M型金刚石复合片刮刀钻头井底流场研究

以现场应用的B9M型刮刀钻头为原型,建立了与实际相接近的刮刀钻头井底流场物理模型.用计算流体力学软件Fluent将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε二方程模型,对刮刀钻头的井底流场进行了数值模拟研究,发现B9M型刮刀钻头的井底流场分布比较合理,主要表现在井底流场漫流层的有效横扫面积大,井底漫流层速度高,使得刮刀钻头井底流场的清岩能力强,有利于提高钻头的排屑能力.     

高速牙轮钻头螺旋组合密封流固耦合仿真及试验

密封是决定牙轮钻头寿命的关键,由于被动密封磨损严重,限制了牙轮钻头转速及寿命的提高。通过分析具有主动排砂功能的螺旋组合密封结构的基本原理,并结合流固耦合基础理论,建立了相应的控制方程。通过有限元仿真和试验相结合的方法研究了螺旋组合密封的性能。在有限元仿真部分,建立了仿真模型,利用ANSYS仿真软件对螺旋组合密封进行了流固耦合仿真研究,通过螺旋密封的流场压力分析单螺旋密封的排砂作用,通过螺旋组合密封中O型圈的接触压力分析螺旋组合密封的密封能力。设计了未加压单螺旋密封圈排砂性能验证试验来验证单螺旋密封的排砂能力,设计了加压螺旋组合密封性能验证试验来研究螺旋组合密封性能,通过室内台架模拟真实钻井工况研究螺旋组合密封的实际应用情况。仿真结果与试验结果均表明,单螺旋密封圈的排砂作用可行,螺旋组合密封具有良好的密封能力。     

潜孔钻头排屑槽布置方式对井底流场影响的研究

在勘探钻井过程中,现场应用的潜孔钻头存在排屑能力差、井壁冲蚀破坏严重的问题,这与钻头井底沈场分布有着密切关系,而钻头排屑槽的布置方式又对井底流场的分布及流体的排屑能力起着重要作用.本文充分考虑了钻头排屑槽的布置方式对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型,在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε两方程模型,对钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响进行了数值模拟研究,找到了钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响机理,为设计排屑能力强、对井壁冲蚀破坏小的新型潜孔钻头提供了理论依据.     

高速牙轮钻头轴承双金属密封失效分析及改进

目前,高速牙轮钻头轴承双金属密封性能不能很好地满足使用要求,导致轴承使用寿命低,钻头快速失效,使钻井成本增加,钻井效率降低。分析表明：弹性元件的主要失效形式为老化和磨损,主要原因是工作环境较恶劣,橡胶圈的压缩率过大,橡胶材料耐高温、耐磨、耐腐蚀性能较差;金属环的主要失效形式为磨损,主要原因是密封面压力分布极不均匀,对中性差,导致钻井液进入密封面间。对金属环和橡胶圈的结构设计及材料优选提出了改进措施,以提高高速牙轮钻头的性能和使用寿命。     

海洋管道混凝土配重可调式涂敷小车设计

目前,国内的管道混凝土配重涂敷的生产装备基本依赖于国外进口,技术被垄断、成本高.通过分析海底管道混凝土配重中涂敷系统的相关生产工艺,根据海洋配重管不同直径、不同长度的特点,设计出一种可调式涂敷小车.通过支撑轮轮距调节和高度调节满足不同系列管径、管长海洋混凝土配重管的安装生产要求,通过调节支撑轮和车轮的旋转速度满足不同管道所需混凝土涂覆量的工艺要求,实现了一条生产线无需更换设备就可生产多系列海洋配重管,弥补了目前国内外的涂敷小车系统只能对固定管径、管长海洋管道进行混凝土涂敷的不足,且生产成本低、效率高.