基于Johnson-Cook模型的剪切闸板性能仿真

目前有关剪切闸板性能分析多集中于闸板应力分析及钻杆参数分析，而对连续管规格、剪切闸板刃口夹角对剪切力的影响研究还不够系统和深入。为此，以Johnson-Cook模型为基础，建立了剪切闸板剪切连续管有限元模型，对剪切连续管过程中的剪切应力进行了分析，同时分析了连续管壁厚、长度及剪切闸板V形夹角等参数对剪切应力的影响。研究结果表明：随着连续管壁厚的不断增加，剪切力峰值总体呈上升趋势，在塑性变形阶段之前剪切力平缓上升，塑性变形之后上升幅度较大；随着连续管长度的不断增加，其剪切应力在不断减小，3 000 m以上连续管，剪切应力明显下降，主要原因是下端拉力在剪切作业中起到了主导作用；随着剪切闸板V形夹角的增加，剪切应力先减少后增加，V形夹角在158°时，上、下闸板应力最优。所得结论可为连续管剪切闸板的结构设计及连续管剪切性能分析提供参考。     

磨料射流切割替代剪切闸板的可行性研究

在高含硫油气田钻井作业中,剪切闸板与H2S接触可能发生硫化物应力腐蚀开裂导致剪切闸板失效,不能快速剪断钻杆,将导致恶性事故发生.为避免这一现象,提出了采用磨料射流切割替代剪切闸板切割钻杆、钻铤的设想,通过分析磨料射流切割的机理及特点,得出此设想在理论上具备可行性的结论.只要选取适合的参数,将切割时间控制在闸板防喷器规定的关闭时间内,磨料射流切割就可以替代剪切闸板.     

手动电缆剪切双闸板防喷器的设计开发

针对普通手动电缆闸板防喷器在井下作业中密封性能差的情况,设计开发了手动电缆剪切双闸板防喷器.通过设计研制剪切闸板和卡紧闸板2个核心部件,不仅能有效防止井喷事故的发生,而且方便后续的打捞作业.该产品结构简单,操作方便,性能可靠,满足了油田井下作业的实际需要,值得推广应用.     

钻井防喷器剪切闸板剪切钻杆三维数值模拟

为了分析钻井防喷器剪切闸板结构因素对其性能的影响,以及剪切闸板在剪切钻杆过程中的三维力学行为,在分析防喷器剪切闸板结构原理基础上建立了剪切闸板不同型式的三维模型,采用ANSYS显示动力学对剪切闸板剪切钻杆井下三维力学行为进行数值模拟,并对上剪切闸板的下颚长短和刃角大小等闸板参数进行了分析。分析结果表明:上剪切闸板的长下颚型式在前段力稍微大些,但是后段由于长下颚的支撑,更易剪断钻杆;钻杆在承受拉伸载荷时更易剪断,而剪切试验中钻杆是处于无拉伸状态下,应适当提高剪切力;下剪切闸板为V形刃口比平刃口更有利于剪切钻杆,并有利于钻杆的回正;刃角分别为14°和20°时,后者在前期所需的剪切力较前者小,有利于钻杆的初始破坏。研究结果对于防喷器剪切闸板的优化设计具有一定的参考意义。     

剪切闸板胶心密封特性研究

剪切闸板是闸板防喷器的核心部件,其剪切后的密封可靠性对井控安全至关重要。以ISR型内锁紧剪切闸板和SBR型全封闭剪切闸板为研究对象,通过有限元方法对其进行密封性能分析,并对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化。研究结果表明,在实际工况下,SBR型密封属于静密封,密封结构更好;而ISR型密封在密封过程中,其橡胶密封面受剪切作用,钻屑容易划伤橡胶面,导致密封失效。在无井压工况下,ISR型剪切闸板关井时井口压力低于橡胶接触应力,可实现有效密封;在有井压工况下,橡胶与闸板之间的接触应力增大,密封能力进一步提高,起到助封作用。随着橡胶压缩量增大,SBR型剪切闸板与橡胶之间接触应力呈线性增大。对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化,即采用浮动式密封结构,这样不仅可以减轻密封橡胶的挤压剪切损伤,还能增强密封能力。当下闸板刃口倒角为15°时,下闸板移动过程中橡胶最大剪应力减小,橡胶更安全。     

海洋闸板防喷器剪切能力评估

针对深水油气管柱紧急断开时闸板防喷器剪切坐放短节作业的安全可靠性,基于材料损伤理论建立剪切过程有限元仿真分析模型,分析剪切过程中剪切短节应力场、应变场的演变规律,并研究刀型、材料属性对闸板剪切力的影响。研究结果表明,闸板防喷器剪切能力公式分析结果较为保守,有限元仿真评估结果较为准确,具有较高的实用性;剪切短节被切断过程中,短节先被压扁,外侧受拉,内侧受压,继而从两端向中间沿应力最大点的移动而剪断;不同几何参数剪切闸板剪切坐放短节所需实际剪切力不同,修改几何参数可在一定程度上提高防喷器剪切性能。同一剪切刃的剪切闸板,剪断不同材料剪切短节所需剪切力与该材料屈服强度成正比。研究结果可为闸板防喷器剪切能力分析及闸板设计与选型提供参考。     

深水剪切闸板防喷器控制压力平衡装置研究

水下防喷器及控制系统是确保安全钻井的海洋井控装备,需要使用水下蓄能器提供压力控制液。随着工作水深的增加,水下蓄能器数量骤增。为了减少水下蓄能器的使用数量,设计了深水剪切闸板防喷器控制压力平衡装置。该装置通过海水静压平衡深水剪切闸板防喷器打开和关闭功能的控制压差,降低最小操作压力,提高水下蓄能器的容积率,进而减少水下蓄能器的使用数量,使额定压力21.0 MPa的水下防喷器控制系统能够完成高压剪切关井;在紧急情况可以使用海水关闭剪切闸板防喷器,确保钻井安全。通过计算1 500 m钻井平台水下剪切闸板防喷器加装控制压力平衡装置后,只需配备16个57 L水下蓄能器,水下蓄能器使用量减少为原控制系统的1/2,因此减小了水下防喷器控制系统的体积。该装置的应用可降低钻井装备的成本。     

闸板防喷器剪切力预测及刀具结构影响研究

闸板防喷器是井口控制装置的重要组成部分，需要确保其能够在紧急情况发生时及时剪断钻杆以实现安全封井。为探究闸板结构参数对剪切能力的影响同时实现准确预测，采用ABAQUS有限元软件的显式模块对构建的闸板剪切钻杆模型进行仿真计算，通过分析剪切运动过程确定闸板结构参数V形角、刃面倾角、刀具厚度及钻杆结构参数外径和壁厚，对不同结构参数下单个变量与最大剪切力的关系做变量仿真分析，给出考虑相关参数的最大剪切力预测最优结构模型，并对该刀具形式下的预测公式做出拟合。研究结果表明：所建有限元模型计算结果为1 143.9 kN,与试验值1 179.4 kN很接近；刃面倾角、钻杆管径和壁厚与最大剪切力呈正相关关系，V形角与最大剪切力呈负相关关系，刀具厚度对其影响可忽略；公式预测结果和仿真数据的平均相对误差为5.38%,满足工程实践要求。研究结果可为防喷器闸板的最大剪切力预测和刀具结构参数的优化设计提供一定参考。     

组合式闸板胶芯性能的正交试验和回归分析

带压作业的闸板防喷器胶芯密封结构多采用组合密封,橡胶基体和耐磨块的材料特性同时影响胶芯的密封性能。为了分析闸板胶芯的材料参数对其密封性能的影响,选择胶芯密封面上的有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度作为密封性能的评估指标,基于正交试验法分析影响闸板防喷器胶芯密封性能的主次因素及规律,建立了材料参数与有效应力之间的多元完全二次非线性回归模型,并分析了各参数的交互作用。分析结果表明:各因素对密封面上有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度的敏感性大小顺序为操作压力>耐磨块弹性模量>橡胶基体硬度>耐磨块泊松比;建立的多元回归模型的拟合剩余标准差分别为0. 513 0和0. 314 1,可以用该模型精确地分析材料参数与胶芯密封性能的关系;组合式闸板防喷器胶芯耐磨块最佳弹性模量为700～800 MPa,泊松比为0. 40～0. 47。所得结果可为组合式闸板防喷器胶芯的材料参数设计提供依据。     

沥青混合料三轴剪切破坏特性试验研究

为了获得沥青混合料的应力应变关系,为提出更准确的沥青混合料粘弹塑性模型提供数据基础,采用三轴剪切试验手段,评价了不同类型沥青混合料的破坏形态及强度特征,比较了不同试验条件下沥青混合料的应力应变特性.结果表明,温度较高、加载速率较慢、围压较大、悬浮密实结构混合料的破坏模式趋于流变性;而温度较低、加载速率较快、围压较小、骨架空隙结构的混合料的破坏特征更趋于脆性.随着围压的增大,强度峰值明显提高,相应破坏轴应变也明显增大,材料破坏所需要的应变能量增大.     

沥青混合料抗剪性能研究

济南城市道路车辙病害严重,必须提高沥青混合料抗剪性能。通过设计室内试验研究了与沥青混合料抗剪强度相关的各个因素,发现提高集料中粗料的成分、适当降低沥青用量、加大加载速率、选用改性沥青能够有效提高沥青混合料的抗剪强度。     

基于泡沫沥青冷再生技术的基层材料抗剪性能研究

近年来,泡沫沥青冷再生技术已得到了社会的广泛应用和好评,但对其再生后用于基层材料的抗剪性能,在设计中并没有进行全面的分析研究。采用单轴贯入的试验方法,对泡沫沥青冷再生混合料基层材料的抗剪性能展开研究,经研究得出:铣刨料的级配组成会对混合料的抗剪性能产生不利影响,建议在工程应用中要严格控制铣刨料的用量;水泥使混合料的抗剪性能大大提高,但水泥用量过大会导致脆性增加,建议在其混合料中要适当掺加水泥;养生3d的混合料抗剪强度迅速增长到90%以上,能为即时开放交通提供依据;针对混合料在较高温度下的抗剪性能下降速度很快以及强烈的温度敏感性,建议在其混合料设计中要进行较高温度下抗剪性能试验检测。     

基于动态剪切流变的沥青高温性能评价

通过动态剪切流变仪研究五种沥青高温特性,结合沥青混合料车辙动稳定度,分析不同指标对沥青高温性能的辨别力。研究表明:等效粘度η′=sinδ^{-4.862 8}G^*/ω预估60℃粘度值与车辙动稳定度评价结果一致,真空毛细管测定SBS粘度值偏大。橡胶改性沥青She-noy参数、T_G*/sinδ、G^*/sinδ值均最大,但其动稳定度却低于复合改性沥青。复合改性沥青的评价有待进一步研究。     

拆卷及剪焊装置研制

针对沙市钢管厂现有螺旋焊管机组无拆卷、无板头板尾剪切装置的现状，介绍了新研制的拆卷及剪焊装置。对拆卷机、三辊矫直机、剪切对焊机的工作原理、特点和性能指标作了阐述。指出在旧机组上改造的设备完全能够满足厚壁、高强度钢管的生产。     

钻井液剪切稀释性及其相关性研究

从剪切稀释性的定义出发,通过对跟踪井的水基和油基钻井液流变性数据分析,论证了宾汉动塑比(YP/PV)、幂律流性指数(n)、卡森剪切稀释指数(Im)均能表征钻井液的剪切稀释性,这些指标有局限性,相互之间有一定的相关性;YP/PV和n只能准确表征钻井液在γ300~γ600速梯区间的剪切稀释性;Im对应不同的速梯区间有不同的值,只能准确表征相应速梯区间的剪切稀释性,γ300~γ600速梯区间对应的Im与YP/PV、n具有很好的相关性,其他速梯区间对应的Im与YP/PV、n相关性不强。     

手动快换闸板防喷器研制与应用

手动双闸板防喷器是修井过程中使用的一种重要设备,其壳体和侧门的连接多为螺栓连接并采用端面密封,侧门重,现场拆卸、安装螺栓费力,更换闸板困难,辅助生产时间长,劳动强度大。为此研制出一种手动快换闸板防喷器,其壳体和侧门采用T形挂钩连接,侧门密封采用外圆密封,侧门质量轻,拆卸、更换闸板方便、省力,密封安全可靠。     

水泥-沥青混凝土高温抗剪试验研究

探讨了水泥－沥青混凝土混合料配合比参数对其强度的影响。通过不同配合比的水泥－沥青混凝土混合料的高温剪切试验，研究了水泥－沥青混凝土混合料粘结力C与内摩擦角φ随砂浆掺量及龄期的变化规律，并将水泥－沥青混凝土混合料与级配相近的普通沥青混凝土进行了车辙试验比较。     

零剪切粘度与沥青高温性能的关系

介绍了零剪切粘度(ZSV)的概念、发展和应用以及评价测试方法.研究了对不同剪切速率下,各沥青复合粘度的测定,评价了基础沥青AH-90、TLA改性沥青、PE改性沥青、SBS改性沥青PG 70-28及PG 76-28的高温性能.通过对80℃,100℃及120℃下ZSV的计算推测了各沥青60℃时的ZSV数值,并探讨了零剪切粘度与Superpave分级体系中G*/sinδ的关系,及与常规沥青高温性能的相关性,结果表明ZSV对于基础沥青的评价较好,但不太适于聚合物改性沥青的高温性能评价.