基于Fluent的上游泵送机械密封性能正交试验研究

提出一种斜线槽上游泵送机械密封,运用正交试验法设计上游泵送机械密封试验方案,基于Fluent软件进行数值模拟试验,分析各个试验参数对密封端面开启力和泄漏量的影响。结果表明:在试验参数的取值范围内,对开启力有显著影响的因素是槽数、径向夹角、槽深、液膜厚度、转速和压差,具体表现为开启力随着径向夹角、槽深、液膜厚度、转速和进出口压差的增大呈上升趋势,随着槽数的增多呈下降趋势;对泄漏量有显著影响的因素是槽深、槽宽比、液膜厚度、转速和压差,具体表现为泄漏量槽宽比、液膜厚度、转速和进出口压差的增大呈上升趋势,随着槽数的增多而呈下降趋势。依据正交试验分析结果,提出初步优化的密封端面结构参数。     

页岩气井旋转式井壁取心器爬行机构设计与优化

为了解决页岩气井旋转式井壁取心器不能靠自重下至取心位置的问题,分析了取心器的工作要求,确定了取心器在水平井中所受阻力,设计了一种由行星齿轮、锥齿轮组合传动的旋转式井壁取心器爬行机构。建立了爬行轮正压力与各参数的函数关系、支撑臂伸出速度与各参数的函数关系;以支撑臂伸出速度和支撑臂推靠力为多目标优化函数,利用正交试验分析方法,确定了爬行臂长度、支撑臂长度、爬行臂转角和偏心距等因素的影响程度,并优化了爬行臂和支撑臂的结构尺寸。分析得到:爬行臂转角对支撑臂伸出速度和推靠力的影响最大;当爬行臂转角、爬行臂长度、偏心距和支撑臂长度分别为45°、150 mm、8 mm和140 mm时,爬行臂伸出速度和推靠力最优;爬行臂和支撑臂长度优化后,可以降低支撑臂所需推靠力,提高支撑臂伸出速度。研究认为,设计的页岩气井旋转式井壁取心器爬行机构,为井壁取心器提供了一种新的驱动方式。      

页岩气旋转式井壁取心器转向机构设计与优化

转向机构作为页岩气旋转式井壁取心器的连接转向装置,其性能决定了取心器的过弯通过能力。鉴于此,设计了一种新型转向机构。该机构中心由一个胡克铰链连接,四周设置4组由移动副和弹簧连接的球面副;利用拆杆法建立了转向机构各零件的静力学平衡方程,确定了转向机构的工作空间,建立了取心器过弯能力与水平井曲率半径的函数关系;以通过能力最大为优化目标,对取心器进行了尺寸优化设计。分析结果表明:在相同条件的水平井径下,曲率半径与取心器能够通过的长度呈正相关关系;在相同曲率半径下,井径与取心器可通过的长度也呈正相关关系;当曲率半径为20 m、井径为150 mm时,优化后取心器的有效通过长度从3.102 m增加到10.358 m。采用新型转向机构可有效增强取心器的过弯能力,增加取心器的有效长度。     

页岩气旋转式井壁取心工具研究现状及发展

现有的旋转式井壁取心工具在水平井中下入困难,还存在极端环境耐受能力低、所取岩心尺寸小、取心位置无法精确定位、取心钻头驱动效率低等问题。阐述了用于页岩气勘探的旋转式井壁取心工具的研究开发背景,总结了该工具的国内外研究进展。分析了旋转式井壁取心工具的结构特征和技术参数。根据页岩气勘探的特殊性和复杂性,分析了页岩气勘探用旋转式井壁取心工具的性能特点,提出了未来在取心钻头驱动方式、取心马达传动轴结构、取心和解卡机构、材料性能、地面监测软件等方面优化改进及发展趋势。