基于流固耦合的闸板防喷器建模及有限元分析

为了更加准确地分析流体对闸板剪切力的影响规律,需要对闸板防喷器剪切钻杆进行流固耦合分析。以钻杆窜动和扭转2种动态工况为例,利用SolidWorks建立闸板防喷器三维模型,并对防喷器内部流体域进行有限元建模,输出到ANSYS Fluent进行有限元分析。结果表明:在闸板剪切钻杆过程中,流体达到稳态后,在钻杆窜动工况下,流体力随钻杆受载荷力增大而减小; 在钻杆扭转工况下,流体力随钻杆扭转角度而变化,在扭转90°时流体力最大。研究结果可为防喷器剪切闸板的剪切能力分析及结构设计提供参考。     

模拟水平井筒条件下液压振动对弯曲钻杆轴向力传递和形变的影响

在模拟水平井筒条件下,对液压振动对弯曲钻杆轴向力传递和形变的影响进行了实验研究。以一定的频率干扰钻杆中流体的流动可产生液压振动。结果显示,钻杆内产生的液压振动可以将弯曲形变力降低到11%～45%。结果是通过对比有振动和无振动钻杆弯曲时载荷的变化得到的。同时它也表明,在振动产生时对钻杆施加挤压力,可以减小井壁与钻杆间的摩擦力,降低黏滞滑动。关于液压振动对轴向力传递的影响,我们发现液压振动使从设备顶部传到设备底部的轴向力传递效率增加30%～100%。此增加量取决于流体的流速、流体类型（主要是黏度）和外加顶部载荷的大小。液压振动的利用在很大程度上取决于钻井液的黏度。以聚合物和水作为实验液时,显示出不同的效果。同时发现脉冲压力在聚合物中有所衰减,虽然这种衰减比起在水中要小一些。此项研究对于大位移井十分重要,它可以减小水平井筒中因弯曲产生的摩擦力,降低钻杆和套管的扭矩与阻力。     

空心销铰链卡瓦

本发明所述的钻杆卡瓦由三片卡瓦体、空心销铰链装置和手柄等组成(见图1)。卡瓦体间用空心销铰接在一起。空心销不仅起铰接作用,而且可作为钻杆卡瓦和方补心不对中或装配不当时,在负荷下产生变形的一种安全标志。     

双台肩钻杆外螺纹接头断裂原因分析

对101.6 mm×9.65 mm S135DSTJ型双台肩钻杆外螺纹接头断裂事故进行了调查研究.对该批用过的钻杆进行了详细的探伤检查,发现许多钻杆外螺纹接头部位存在裂纹.通过对钻杆接头断口和裂纹形貌进行分析,认为钻杆接头为硫化氢应力腐蚀开裂失效.通过对钻杆接头结构尺寸、材料性能和承载能力进行分析计算,认为采用同时增大外螺纹接头内径和材料强度的方法,虽然可以保证接头抗扭强度,减小钻柱水力损失,但却降低了钻杆接头抗应力腐蚀开裂的能力,增大了接头危险截面的应力集中,降低了钻杆外螺纹接头的使用寿命.     

基于动力松弛法的含铰柔性钻杆载荷传递机理

含铰柔性钻杆广泛应用于超短半径水平井钻井技术中。柔性钻杆不同于常规的钻杆,其在变形过程中不仅伴随有机构与结构之间的相互过渡,同时柔性钻杆还与外管产生随机接触。考虑含铰柔性钻杆的结构特点,采用有限单元法将柔性钻杆和外管均处理为空间梁单元,将铰离散为万向节连接单元,柔性钻杆与外管之间的接触关系采用接触间隙元进行描述,建立含铰柔性钻杆接触非线性有限元仿真模型,引入动力松弛法对其进行求解。为验证有限元模型及动力松弛法的可行性,建立了铰接梁与外梁接触平面模型,根据叠加原理和变形协调条件推导了挠度、接触力等参量的解析表达,将数值解与理论解进行比较,最大误差仅为0.14%。对造斜段6种铰接转动极限的含铰柔性钻杆进行仿真分析。结果表明,柔性钻杆与外管之间接触力是间断不连续的,且沿轴线随机分布,铰接转动极限越大,传递到柔性钻杆底端的扭矩变化不大,传递到柔性钻杆底端的轴力逐渐减小,铰接转动极限大于5°时,轴力损失率大于59.5%。     

套管钻井远程液压式套管夹持器技术研究

针对国内现有套管夹持器操作效率较低及存在安全隐患等问题,设计了远程液压式套管夹持器技术方案。介绍了外卡式套管夹持器的结构和工作原理,建立了套管夹持器夹持机构的力学模型,并通过有限元分析和理论计算进行验证。分析结果表明,该机构靠套管柱自身重力夹紧套管柱,且夹紧力随下放管柱重力的增大而增大;壳体与卡瓦之间的摩擦因数对液压推力影响很大。远程液压式套管夹持器技术可解决现有技术存在的问题和水平井下套管的难题,为套管钻井技术在国内的发展和推广应用提供了重要的理论依据。     

全系列钻杆用随钻剪销过滤器设计及试验

井下精密仪器对泥浆的固相含量要求非常高,需要在钻杆内安装泥浆过滤器。常规扣型钻杆需工人在二层台安装泥浆过滤器,而非常规扣型钻杆内无安装泥浆过滤器的位置。研制了适用于全部扣型钻杆的随钻剪销过滤器。对其外筒、剪切销钉的结构进行设计计算,并分析了该工具的压降。模拟井试验和现场应用表明:随钻剪销过滤器能有效过滤泥浆中的有害固相,避免井下马达堵塞,保护井下精密仪器,从而减少了起下钻作业,保证了海洋石油钻井安全和钻井时效。     

￠88.9 mm×9.35 mm G105钻杆内螺纹接头胀扣失效分析

针对某油田钻井过程中所使用的￠88.9 mm×9.35 mm G105钻杆内螺纹接头胀大现象进行失效分析.结果表明:钻杆接头的各项性能指标均符合标准规定,失效的主要原因是上扣扭矩不足,钻杆接头在井下无节制旋紧,致使钻杆在井下的自上扣扭矩超过了钻杆接头的实际抗扭屈服强度.     

WS1井φ88.9 mm 四方钻杆断裂原因分析

WS1井发生了一起φ88.9 mm四方钻杆断裂事故,造成了很大的经济损失.为搞清事故原因,对四方钻杆断裂事故进行了研究.采用宏观分析方法和扫描电镜微观分析方法对四方钻杆断口宏观形貌和微观形貌进行了观察分析,认为四方钻杆断裂具有疲劳断裂的特征;采用直读光谱仪、力学性能试验设备和金相显微镜对断裂四方钻杆材料化学成分、机械性能和金相组织进行了试验分析,发现四方钻杆材料强度和韧性不足.调查研究和试验分析结果表明,四方钻杆断裂位置处于结构突变位置,断裂属于早期疲劳裂纹引起的脆性断裂失效,失效原因主要是材料质量不合格和机加工质量差所致.该研究对于防止同类事故再次发生,有着重要的借鉴意义.     

钻井连续循环系统上卸扣卡瓦卡紧力分析

从钻井连续循环系统上卸扣卡瓦的工作机理入手,弄清了钻杆工作时的受力状态。将钻杆看作厚壁筒,采用弹性力学中的拉美公式求解钻杆内外受压的应力问题。钻杆外表面承受的摩擦力矩,看作圆筒扭转问题进行求解 。考虑管壁的变形的影响,解决了钻井连续循环系统上卸扣卡瓦卡紧力的计算难题,给出了上卸扣卡瓦卡紧力的计算公式。实例计算表明采用φ127或φ140钻杆进行连续循环钻井,上卸扣卡瓦卡紧力最好取19MPa;为提高钻杆的安全系数,应尽量采用厚壁钻杆;在卡瓦的设计时,可考虑加大卡瓦长度的方法减小卡瓦卡紧钻杆时的卡紧力。该计算方法可以用于指导钻井连续循环系统上卸扣卡瓦的设计。