HYDRIL环形防喷器壳体的有限元分析

用PRO/E Mechanical对FH35-70环形防喷器壳体建模,用ABAQUS有限元分析软件对其受力进行数值模拟。计算结果表明:在105MPa静水压力试验工况下,最大等效应力和最大位移都出现在防喷器壳体环形腔体的最上面区域;在70MPa额定工作压力工况下,最大的等效应力和最大位移也出现在同样位置,最大等效应力小于屈服极限,壳体安全系数为1.21,满足API规范设计要求。     

环形防喷器壳体有限元分析及试验研究

防喷器壳体在工作过程中易在应力集中区域出现裂纹源,并在交变载荷下发生开裂,甚至脆性断裂。因此有必要对其在承压情况下的应力集中现象进行分析。分别采用有限元分析方法和应力测试试验对环形防喷器壳体在工作压力和水压测试下的应力分布情况进行分析。通过对2种分析方法所得结果进行对比,得到了环形防喷器壳体内、外部的应力分布情况,确定了环形防喷器壳体易出现应力集中的区域,即外部应力集中区域主要位于尺寸突变处及壁厚相对较薄处,而内部应力集中则主要出现在腔体连接处、壁厚较薄处以及液体与密封面接触处。该分析结果将对环形防喷器的改型设计、生产以及在役防喷器的安全评价等具有指导作用。     

双闸板防喷器壳体非线性有限元分析

建立了双闸板防喷器壳体的三维实体模型及力学分析模型,用MSC.Nastran有限元分析软件对壳体进行了承载能力分析,考虑了材料的弹塑性特性,分析了壳体的极限承载能力、多种载荷情况下的应力应变情况及进入塑性状态的载荷和塑性扩展区域,为验证设计的安全性、合理性及进一步改进设计提供了依据。     

闸板防喷器壳体应力分布试验测试与分析

目前对于闸板防喷器壳体受力分析一般限于有限元分析以及理论研究,少有结合试验进行验证分析。鉴于此,以FZ28-105单闸板防喷器为例,分别对额定工况和静水压情况下壳体受力进行试验测试,并建立壳体三维模型进行有限元分析。对2种分析方法的结果进行对比,发现壳体外表面的应力分布试验测试结果与仿真结果基本相符。同时指出了利用试验测试和有限元分析方法确定的壳体内外表面的应力集中区域。该试验方法和结果可为闸板防喷器的设计及在役防喷器的安全评价提供参考。     

FH28-105型环形防喷器壳体力学性能分析与结构优化

以FH28-105型环形防喷器壳体为研究对象,结合其不同工况下的不同载荷特点,采用理论计算与有限元方法相结合,得到了壳体在静水试验压力和额定工作压力下的力学行为特性和应力情况,获得其危险部位,并对其进行强度设计评价。通过多目标优化,以减重为目标,同时兼顾壳体的强度以及校核标准,对环形防喷器壳体的结构尺寸进行优化。结果表明:初步设计的环形防喷器壳体强度满足要求,危险部位出现在壳体卡爪槽的圆弧倒角位置处以及壳体内腔下方的倒角过度处; 环形防喷器最终优化方案满足强度要求,相比于原结构尺寸,质量和塑性应变的优化幅度最大,分别为19.7%、15.6%,其他目标均获得了不同程度的下降,实现了在保证壳体强度标准的条件下对壳体进行减重优化。     

双闸板防喷器主壳体的有限元强度分析

为便于分析，简化了双闸板防喷器的结构。在额定工作压力和静液压试验压力2种情况下，采用ANSYS分析软件对双闸板防喷器承压主壳体进行了有限元分析计算，证明有高应力区。按照ASME应力分析法分析其应力类剐及应力组合，表明该设计是安全的。     

2FZ18-35型小修作业用双闸板防喷器壳体设计

在研究小修作业用双闸板防喷器结构特征的基础上，提出了双闸板防喷器壳体结构设计的基本原则，并设计了一种新型壳体结构。为验证设计的合理性，对所设计的壳体进行了有限元分析，提出了建立1／4模型进行有限分析的建模方法，利用该模型，分析了法兰与壳体联接部分过渡圆角对壳体应力的影响，得到圆角半径在9～12mm之间为宜。经70MPa静水压试验分析结果表明，壳体强度满足API规范要求。     

环形防喷器有限元分析计算

防喷器是钻井作业过程中重要的井控设备,其质量的可靠与否至关重要,而壳体的结构强度是影响防喷器质量的关键要素,以FHZ54－14环形防喷器为例,应用pro/E Mechanical软件,对壳体进行了有元分析计算,简要介绍了建立有限元模型,确定材料特性系数,载荷分布与约束的确定,计算及结果后处理等分析计算过程,根据分析计算的结果,可直观地发展承压壳体的最薄弱处及应力集中处,从而进一步优化壳体结构,改善其加工工艺,并避免设计过于保守所造成的材料浪费。     

水下闸板防喷器有限元建模及关井仿真分析

水下闸板防喷器在关井时井筒压力作用下闸板与壳体的相互作用应力复杂。为分析闸板防喷器关井状态时闸板与壳体的受力状态,在建立整套闸板防喷器三维仿真模型的基础上,对其承压壳体及双闸板进行了有限元分析计算。结果表明:防喷器闸板及壳体在额定载荷作用下均满足强度要求;防喷器高应力区域集中在壳体及闸板的接触部位,在防喷器检查及维保中应重点关注,确保钻井作业井控安全。     

2FZ54-35型双闸板防喷器壳体优化设计

用有限元方法对2FZ54-35型双闸板防喷器壳体进行优化设计,通过分析不同壁厚和高度的壳体的应力状况,得出影响壳体应力水平的主要因素,确定壳体的设计方案。通过对壳体在静水压强度试验压力和额定工作压力下的有限元分析,经过应力线性化处理,依据ASME锅炉及压力容器规范第Ⅷ卷第2册,对不同工况下的壳体进行强度校核,结果表明该设计符合规范要求。经试验证明该防喷器的各项性能满足GB/T 20174—2006的要求。     

射孔参数对套管强度影响有限元分析

在不同的孔密、孔径和相位角情况下,应用板壳弹性体线性理论模型,对射孔套管进行了有限元分析,并对射孔套管强度的影响程度进行了计算。结果表明:孔密小于32孔/米时,套管强度的影响程度不大;孔径小于16mm时,套管强度的影响程度可以忽略;90°相位角套管强度影响程度最低。     

疏松砂岩层套管受力的有限元分析

疏松砂岩层段油气井开采过程中,生产层段由于出砂将在套管外部附近形成空洞,破坏了套管的受力环境,套管外部失去支撑。由于上覆地层压力的作用和地层扰动力的作用,使套管在轴向压力作用下产生屈曲变形,甚至错断。文章用弹塑性有限元法建立了出砂层段套管屈曲变形的空间有限元力学模型。根据此模型,分析了套管内的Von-Mises应力随出砂范围变化的变化过程,定量分析了套管内的应力变化以及套管的侧向位移变化,这些结果为预防套管损坏和屈曲变形提供了理论依据。     

水平井套管受力变形分析的有限元方法

以整体套管柱为研究对象,设计了特殊的有限元模型来描述套管与井壁的接触状态和套管的受力。此模型综合考虑了井壁的间隙、井眼的曲率、摩擦力等因素的影响,能较为准确地反映套管的受力变形。据此编制了相应的计算程序,能计算出套管的变形及受力大小,为模拟套管整个下入过程的受力变形提供了一套有效的方法。     

磨损套管抗内压强度试验与有限元分析

当套管受到严重偏磨时,套管抗内压和抗外压能力显著下降。鉴于此,从理论和试验2个方面分别研究了磨损套管的抗内压强度,研究结果表明:(1)在内压作用下,磨损套管的周向应变发生局部变化,最大值主要发生在磨损与未磨损的过渡区,最小值集中在磨损最严重的区域,因此套管截面在磨损区域"内凹";(2)在相同内压力作用下,随着磨损量的增大,磨损最严重处先周向变形减小且内收缩,继而周向变形增大,与磨损区相对的另一侧,从向外鼓胀变形转而向内收缩,套管截面出现椭圆变形;(3)在套管内壁的磨损初期相对磨损量对套管的初始抗内压性能影响相对较大。     

新型侧钻坐封器设计及卡瓦有限元分析

在套管开窗侧钻井过程中斜向器松动,使施工失败。设计一种硬质合金镶齿型双作用侧钻坐封器,以提高卡瓦的坐封可靠性。基于ABAQUS建立卡瓦与套管的有限元模型,分析接触应力分布。结果表明:卡瓦在20MPa液压力作用下能够啮入套管内壁,承受300kN轴向力而不松动,实现稳定坐封。     

套管头卡瓦力学分析

卡瓦悬挂系统是热采套管头的核心,卡瓦能否安全可靠地悬挂套管是其关键。对卡瓦悬挂套管进行了力学分析,并采用有限元法进行模拟。分析结果表明,卡瓦牙齿沿轴向承受的载荷从上到下依次降低;卡瓦牙齿沿圆周方向从中心线沿两侧面的Misses应力逐渐升高;卡瓦侧面处应力集中非常严重。提出了卡瓦结构优化建议,为卡瓦悬挂套管奠定了理论基础。     

水泥环性质对套管抗挤强度影响的有限元分析

套管常在油层和泥岩部位严重损坏，分析认为这是生产过程中地应力发生了变化，导致油层孔隙压力或泥岩力学性质改变，造成地应力重新分布的结果。因此，水泥环的质量对套管的影响较大。建立了二维平面轴对称和平面应变有限元模型，利用Ansys有限元软件分析了套管在水泥环影响下的变形特征。分析表明，最大应力在套管内壁产生，均匀我荷下套管抗挤强度是非均匀载荷的5～7倍，而且栽荷椭圆度越大，套管内壁应力越大。增大水泥环弹性模量可以有效减小套管最大应力，因此，均匀我荷下应适当提高水泥环弹性模量，以达到提高套管抗挤强度的目的。     

基于有限元法的热采井套损机理研究

注汽井套管既受到注汽温度所产生的热应力的影响,又受到套管、水泥环和岩层等结构应力的影响。文章对注汽井套管的失效机理和原因进行分析,归纳总结影响失效的因素;然后利用ANSYS软件建立了套管、水泥环和岩层系统的热—结构耦合的二维平面有限元分析模型。研究了参数变化对热-结构耦合的套管强度的影响。分析结果表明,在小于14mm之前套管壁厚增加会明显降低套管最大峰值应力,此后套管壁厚增加套管最大峰值应力下降速度会减缓。仅从热膨胀角度来看,套管最大峰值应力随蒸汽温度增加而增加。310°C以后套管最大峰值应力随蒸汽温度增加会加剧。     

引水压力钢管弧坑缺陷的有限元分析

结合因弧坑缺陷引发压力钢管焊缝开裂的工程实例,采用有限元分析软件Ansys对钢管焊缝弧坑缺陷处的应力分布进行了计算,分析了在单个弧坑情况下应力强度值的分布规律以及在多个弧坑情况下弧坑处应力强度值和应力集中系数之间的相互影响,从而为压力钢管的安全评定提供了力学依据.     

旋转防喷器胶芯结构分析及优化

旋转防喷器是欠平衡钻井的关键设备,带压作业过程中其密封性能是保证安全生产的重要因素。现有的国产旋转防喷器存在胶芯密封不严以及易发生疲劳损伤失效等问题。鉴于此,利用ABAQUS软件建立了旋转防喷器胶芯动态密封有限元模型,对胶芯预紧工况下和起下钻工况下旋转防喷器的力学性能进行了分析,分别讨论了胶芯硬度和铁芯结构对旋转防喷器胶芯使用寿命的影响。分析结果表明:在带压下钻过程中,胶芯呈轴向拉伸变形状态,起钻过程中胶芯呈向上压缩变形状态,且起钻和下钻工况对胶芯密封性能影响不大,下钻工况的密封性能略大于起钻工况;胶芯材料硬度为80 HA时,胶芯的使用寿命最长;优化改变铁芯结构可使胶芯使用寿命延长。室内密封试验以及现场试验证实了有限元优化结果的可靠性。研究成果对延长胶芯使用寿命和提高油田作业安全具有重要的现实意义。