涡轮钻具叶片电解加工流场设计及优化

为了提升叶片性能,涡轮钻具叶片设计愈加复杂,传统加工工艺已不适于加工制造涡轮钻具叶片。为此,提出使用电解加工技术加工涡轮钻具叶片,并应用数值模拟方法对影响电解加工精度的电解液流场进行仿真分析。模拟仿真了电解液在理想化流道模型、叶片阴极流道模型以及近轮廓流道模型中的流场分布。研究结果表明:用叶片阴极模型和近轮廓模型代替传统的理想化模型,也可更好地模拟实际加工流场;改变电解液入流角的大小可以改善传统的理想化模型,可以更好地模拟实际加工流场;改变电解液入流角的方向可以改善入口流线紊乱情况,但效果并不明显,也不能使电解液均匀分布;增加出口导流段可以使电解液分布更加均匀,改善入口流线紊乱状况;叶盆阴极流场使用竖直导流、叶背阴极流场使用相切导流可以获得更好的流场分布效果;使用近轮廓模型作为电解加工流道,可以获得最优的电解液流场分布,但是此流道模型需要预先粗加工阳极工件,成本较高。研究结果可为涡轮钻具叶片的电解加工提供理论指导。     

涡轮钻具叶片电解加工过程多场耦合仿真分析

利用COMSOL软件仿真模拟涡轮钻具叶片在电解加工过程中,电场、流场以及电化学反应场之间的耦合情况。仿真结果显示,在整个加工过程中,电场参数始终均匀分布于加工间隙内; 加工间隙内流场参数的分布随着加工的进行逐渐变得均匀。在综合考虑了各物理场之间的耦合作用后,仿真得到了加工完成后叶片的型面轮廓。提出的多物理场耦合模型可以有效预测叶片的成型轮廓,且加工间隙内各场参数的均匀分布有效改善了阳极工件材料的表面质量。     

涡轮钻具涡轮叶片造型设计新方法

涡轮叶片的型线对涡轮钻具性能影响很大。通过分析涡轮叶片型线对液流流动参数的影响 ,认为叶片型线上存在不连续的曲率是影响涡轮性能的主要因素 ,得出叶片压力面和吸力面型线应为单型线且具有连续三阶导数的结论。提出用五次多项式构造叶片型线 ,给出叶片型线与几何参数的关系、定量求解方法和叶片型线检验要求。 165涡轮钻具设计应用实践表明 ,采用这种新方法设计涡轮 ,可优化涡轮叶片形状 ,改进涡轮性能 ,提高设计质量和总效率     

螺杆钻具定子电解加工阴极计算机辅助设计

以等壁厚螺杆钻具定子为研究对象,在分析螺杆钻具定子曲线的基础上,介绍了有限元数值解法在求解电解加工间隙电势分布的拉普拉斯(Laplace)方程几何反问题上的应用,并用ANSYS有限元软件分析了加工间隙电场强度分布,完成了螺杆钻具定子电解加工的阴极设计。     

54 mm涡轮钻具三维叶片造型设计与研究

针对涡轮转子不同半径圆柱层液体圆周速度不同,导致的液体与转子叶片产生冲击产生的水力损失问题,利用多截面造型方法建立了一种三维叶片涡轮。基于实际工况中从第二级涡轮开始,定子入口的流速是上一级涡轮转子出口流速,速度方向并不垂直于定子入口面这一情况,对现有的涡轮流道模型进行修正,建立了多级流道模型。通过数值模拟方法,对多级涡轮流道模型进行流场分析,得到中间一级涡轮的相关性能参数的特性曲线。研究结果表明：三维叶片涡轮压降更低,单幅涡轮压降减少约为12%;在最佳工况点处,三维叶片涡轮效率达到了60.25%,比直叶片涡轮高出约10%。考虑径向间隙对涡轮性能的影响,建立了相对应的流道模型,验证了方案的可行性。研究结果对涡轮叶片的设计和多级涡轮流场分析具有一定的指导意义。     

调控参数对涡轮钻具叶片性能的影响

涡轮叶片的参数调控优化设计能够较好地改善涡轮钻具的转矩、效率等水力参数。为此,基于贝塞尔曲线理论和流体动力学理论,通过理论分析、仿真模拟及试验对比等方法全面研究了涡轮叶片参数的设计对涡轮性能的影响。分析结果表明:提出的数值模拟方法可以系统地实现涡轮叶片从造型设计、性能预测到参数优化的全面分析;在低转速时,安装角对输出功率与效率的影响不明显,超过最优转速后其对效率和功率的影响显著,并且涡轮扭矩、压降、输出功率及效率随安装角的增大呈降低趋势;随着后锥角的增大,扭矩、压降及输出功率都呈增大趋势,因此涡轮要在最高效率下获得较大输出功率,可适当增大后锥角。所得结论可为高性能涡轮叶片型线的设计提供参考。     

气动涡轮钻具设计特性分析

气动涡轮钻具是一种新型涡轮钻具,其设计特性表现在设计模型是以一元流理论为依据、以工质流体流动假设为条件的透平级内最简单的流动模型;计算特点表现在工质可压缩性的假定和跨音状态的确定.此外,设计中所遇到的特殊现象主要有部分进气和"重热"现象.     

涡轮钻具涡轮节模块化设计方法研究

针对面向现场应用的模块化设计方案特点．以模块化设计理论为基础,按总体功能将涡轮钻具涡轮节分解成一些具有特定功能的模块。介绍了模块卡片包含的内容和如何构造,最后形成模块库,实现了涡轮钻具涡轮节的设计数据多领域知识表达和产品结构模型的统一表达。建立了基于知识的模块化设计模型,给出涡轮节模块化设计的流程。     

V形叶片辅助携岩工具的优化设计

V形叶片辅助携岩工具通过其水力和机械的双重作用不仅能防止岩屑沉积,而且能对已形成的岩屑床进行及时清除。目前对辅助携岩工具的结构参数优化缺乏深入研究,制约了该工具的进一步应用和推广。为此,在工具结构分析和工作原理介绍的基础上,利用CFD软件对工具的V形叶片进行了流场仿真,分析了叶片高度、宽角度及转折角等结构参数对工具携岩效果的影响规律。分析结果表明:叶片高度与钻井液流速不成正比,V形叶片高度为25 mm时产生的旋流效果最佳;V形叶片转折角增大,工具周围岩屑的冲洗作用增强,V形叶片转折角为150°时对钻井液的扰动能力最强,携岩和清砂效果最佳。所得结论可为V形叶片辅助携岩工具的后续研究和现场应用提供理论依据。     

基于VERICUT软件的透平叶片五轴加工仿真技术研究

本文以VERICUT数控仿真软件构建数控仿真平台,构建了MAZAKINTE-200机床仿真模型、刀具库等虚拟加工系统,通过对透平叶片加工仿真过程的分析及动态切削过程的检测,以发现干涉、过切、碰撞和超程等程序和工艺可能存在的问题。通过对加工程序进行优化,可进一步提高零件的加工效率和机床的利用率,达到安全生产和提高产品质量的目的。     

利用涡轮钻具提高深井钻速的试验研究

分析了影响我国深井和超深井机械钻速的主要因素，并讨论了相应对策，比较了不同井下动力钻具的优缺点，提出我国应为充分发挥涡轮钻具钻井技术在深井和超深井中的优势创造必要条件。     

基于CFD的随钻扩眼工具冲洗水眼设计

目前国内尚无应用计算流体力学(CFD)方法对随钻扩眼工具进行分析的先例。为此,基于CFD方法,采用赫-巴流变模式和RNG k-ε湍流模型对随钻扩眼工具的内外部流场进行仿真计算。通过对流场流线形状和流线分布情况进行分析,着重研究了冲洗水眼放置位置、水眼出口大小和水眼后置角度等对非水基钻井液流场的影响。分析结果表明,后置式冲洗水眼不会产生涡流,可直接冲洗切削刀翼,因而设计时宜采用后置式水眼结构;后置式水眼的出口不宜太大,否则分流过多影响前方钻头工作;也不能太小,影响岩屑输送和切削刀翼温度的降低,设计时应考虑实际情况在5～6 mm的区间内取值;后置式水眼的后置角度不能太大,否则钻井液向上的速度分量衰减过快,设计时可根据具体结构在30°附近取值。     

双台肩钻具接头台肩距离的数值模拟和力学测试

由于地层的复杂性和钻柱服役条件的苛刻性,钻具接头部位的密封失效事故经常发生.螺纹接头采用双台肩技术可有效地降低失效事故的发生.在双台肩接头的设计和研究中,台肩距离是1个比较关键的参数.以弹塑性接触理论为基础,并应用有限元软件对HT40型接头进行数值模拟.在明确接头的上卸扣机理的情况下,通过数值分析,确定出了HT40型接头最佳的台肩距离△L.为验证数值模型的可靠性,试制了1只HT40型接头,并在模拟上卸扣过程中进行应变测试.试验数据和有限元软件计算结果比较吻合,说明采用的设计方法是可靠的.     

涡轮钻具防斜打快钻井理论与技术研究

在简要阐述国内典型高陡构造特征的基础上，介绍了我国自主研制的涡轮钻具的结构、能量转换方式以及特点。并在此基础上分析了在山前高陡构造钻井过程中存在机械钻速低和井身轨迹控制难两大钻井难题的原因；详细讨论了涡轮钻具的高转速特性，配合PDC等一体式钻头进行复合钻进实现防斜打快的机理；为达到涡轮钻具防斜打快的目的，提出了钟摆结合光钻铤的下部钻具组合形式，给出了典型钻具组合，并对该钻具组合进行了详细的力学特性分析，得出了稳定器安装位置和涡轮转速范围的涡轮钻具防斜打快的最佳工作区域概念。该技术的研究，为国内高陡构造地区控制井斜和提高机械钻速提供了一种非常有益的钻井理念和技术方法。     

数控加工中刀县轨迹的分层环切算法

针对数控加工中生成环形刀具轨迹的算法问题，提出了分层环切算法，该算法由层次的划分和刀具轨迹生成两部分组成。分层环切算法由于避免了去除自交环裁减运算，因而减少了计算量，提高了算法的效率，适用于大尺寸的含岛屿或凹坑的型腔的刀具轨迹规划。     

长输油气管道并行敷设阴极保护防干扰分析

为了研究并行管道阴极保护防干扰的最小间距,分别开展了现场测试、室内模拟试验及数值模拟,最终得出对于3PE涂层的并行敷设管道,在土壤电阻率为100Ω·m以下时,阴极保护系统防干扰的最小间距为4m的结论。     

一种新型钻杆螺纹设计及应力分析

针对应力集中导致石油钻杆螺纹产生疲劳裂纹,进而发生断裂失效事故的问题,在API接头的基础上,研究开发了一种新型钻杆螺纹接头。该新型螺纹结构主要改进之处是内螺纹锥度保持1∶6不变,外螺纹锥度变为1∶6.23。有限元分析结果表明,这种螺纹形式显著改善了接头受力情况,使得螺纹应力分布更加均匀,并降低了主台肩过渡圆角处的应力集中。对样品的上扣试验结果表明,采用新型螺纹后,外螺纹接头主台肩底部的过渡圆角处应力集中情况也得到明显改善,接头整体受力分布和不同区域应力差更趋平缓,降低了螺纹前几牙及主台肩过渡圆角处的应力集中情况,可大大延长接头使用寿命。     

俄罗斯减速器涡轮钻具驱动PDC钻头在西西伯利亚油田的成功应用

涡轮钻具由前苏联研制出来以后，得到了迅速发展，目前已发展到减速器涡轮钻具阶段。现在，俄罗斯西西伯利亚地区普遍使用减速器涡轮钻具钻井，而减速器涡轮钻具驱动PDC钻头的使用还是空白。采用俄罗斯生产的几种不同型号的减速器涡轮钻具，在西西伯利亚进行了驱动PDC钻头钻井的阶段性试验。试验结果表明，在优选PDC钻头结构的情况下，用减速器涡轮钻具驱动PDC钻头，钻头进尺和机械钻速都较牙轮钻头有显著的提高，经济和社会效益显著。介绍了试验中使用的3种俄罗斯减速器涡轮钻具(TPM-195，TPⅢ-195和TPO3—195)的结构特点和主要技术参数。