非均匀磨损套管空间有限元分析

针对非均匀磨损套管进行了空间有限元分析,研究了磨损量、磨损长度、轴向拉力对套管抗内压强度的影响.计算结果表明非均匀磨损套管的抗内压强度随磨损厚度的增加而降低;不同的磨损长度对套管抗内压强度影响不明显,即抗内压强度主要受磨损厚度的影响;套管轴向拉力对其抗内压强度影响不大,并且这种影响随着磨损量的增加而逐渐减小.通过对磨损套管抗内压强度变化规律的研究,为合理制定井控措施提供了科学依据.     

非均匀载荷下磨损套管抗挤强度研究

针对非均匀载荷下套管磨损后抗挤强度降低的问题,将磨损简化为套管的壁厚不均度和内壁不圆度几何缺陷。在此基础上,建立了非均匀载荷下磨损套管抗挤强度计算方程。该方程计算值与试验值的对比表明,该方程计算结果是可靠的,可为复杂地层磨损套管柱设计提供理论依据。研究表明,当载荷不均匀程度较小时,磨损对套管抗挤强度的影响较大;当载荷不均匀程度较大时,磨损对套管抗挤强度的影响较小。     

套管抗内压的模拟实验研究

目前钻井作业的趋势是深井、超深井、水平井和定向井,套管磨损问题变得尤为突出.套管磨损后,抗内压强度下降,不仅会给油田生产安全造成威胁,还很容易引发环境污染.笔者对月牙型磨损套管进行模拟实验,研究其在内压作用下的周向应变分布规律.研究结果表明:随着套管磨损量的增加,套管抗内压强度减小,在磨损最严重的部位的应变量首先随磨损...     

月牙形磨损套管抗内压强度计算

将内壁磨损套管月牙模型简化为偏心圆筒模型,通过直角坐标向双极坐标的转换和选取曲线坐标中表示应力的复势,得出了偏心磨损套管等效应力和剩余抗内压强度计算方法。磨损套管等效应力解析解和数值解对比分析表明,随着磨损深度的增加和作用在内表面压力的增大,磨损套管危险截面内、外表面的等效应力呈指数增大;磨损套管抗内压强度随磨损深度线性减少。采用双极坐标公式计算偏心磨损套管等效应力与有限元分析结果相差小于0.9%。偏心磨损套管抗内压强度理论解和月牙形磨损套管抗内压强度试验值之间相对误差小于10%。将月牙形磨损套管简化为偏心圆筒模型,采用偏心磨损套管抗内压强度公式计算月牙形磨损套管抗内压强度是可行的。     

月牙形磨损缺陷套管的抗内压强度研究

套管磨损多呈"月牙形",其直接后果是降低套管的抗挤强度和抗内压强度,如何计算磨损套管的抗挤强度、抗内压强度制约着如何安全地设计套管柱。因此笔者对"月牙形磨损"套管在不同磨损程度时的周向应力进行研究,并重点对其抗内压强度的计算方法进行了探索。笔者以P110的95/8 in套管为例,建立了计算磨损套管周向应力的解析模型,并用弹塑性有限元方法建立了套管的有限元力学模型,通过有限元分析来验证解析模型的正确性,最后以此为基础得出了磨损套管的抗内压强度计算公式。     

全尺寸石油套管冲击滑动复合磨损试验机的研制

介绍了一种新型石油套管磨损试验机的工作原理和检测方法,该试验机能模拟存在钻井液介质润滑条件时钻杆接头外壁与套管内壁之间以恒定加载、脉动加载或冲击加载工况下的套管磨损状况。试验前钻杆接头试件被固定在一个可上下直线运动的滑动平台上,固定不动的套管试件有间隙地套住钻杆接头试件。试验时利用变频调速电机驱动钻杆接头试件旋转,同时由液压伺服系统推动滑动平台下行带动钻杆接头试件外壁挤压套管试件内壁实现恒定或脉动加载,或者由偏心轮机构驱动滑动平台先上行后下落来带动钻杆接头试件对套管内壁进行冲击。在数据采集方面该试验机综合利用多种传感检测技术、数据采集和软件处理方法实现了对试件的线性磨损量、接触载荷、摩擦因数和近摩擦表面温度等摩擦学参数的在线测试。初步试验结果表明可利用该试验机对套管磨损问题进行系统的试验研究,从而为深入研究套管磨损机制提供技术支持。     

低摩擦速度下CT80油管摩擦磨损性能

研究采油过程中CT80油管与电缆在0.01～0.13 m/s速度下对摩时的摩擦磨损行为及其对油管剩余强度的影响。采用扫描电子显微镜及金相显微镜对油管组织、磨损表面及截面特征进行表征。结果表明:CT80油管的磨损量、壁厚减薄量与摩擦因数随摩擦速度增加先增大,速度达到0.07 m/s后趋于平稳;磨损率随着摩擦速度增加先增大后降低,最大磨损率对应的摩擦速度为0.07 m/s;采油过程中磨粒磨损与腐蚀磨损共同作用于油管,随着摩擦速度升高磨粒磨损造成的损失降低,腐蚀磨损造成的损失升高;随着摩擦速度增加油管的剩余抗挤毁强度以及剩余抗内压强度先降低后趋于平稳。     

石油套管偏磨后剩余强度的模拟分析

基于钻柱接头与套管磨损试验结果,采用Dawson和White的能量损失磨损理论计算得到套管磨损系数。运用ABAQUS建立钻柱接头-套管偏磨的三维有限元模型,采用二次开发的Umeshmotion子程序和Arbitrary Lagrange-Euler自适应网格技术准确模拟钻进过程中的套管局部偏磨过程,并对磨损后的套管的剩余抗挤和抗内压强度进行分析。结果表明：套管磨损后的形状为“月牙形”,且磨损最大深度与磨损时间呈非线性关系,而套管剩余强度与磨损最大深度近似呈线性关系;套管磨损对剩余抗挤强度影响最大,当剩余壁厚小于50%时,套管失去抵抗外挤作用的能力, 但仍然具有一定的抗内压强度;发生偏磨后的套管被外挤和内压载荷作用而破坏的形式分别为挤扁毁坏和拉断毁坏。     

离心搅拌机固体颗粒高速搅拌磨损仿真分析

磨损一直是旋转机械中较为主要的失效形式,针对离心搅拌机在高转速工况下的自身磨损问题,通过离散元素法建立了离心搅拌固体颗粒接触磨损模型,定量的研究了不同转速对搅拌机叶片和腔体的磨损特性影响。首先通过相对磨损模型确立了搅拌机腔体和叶片最大磨损部位和接触力的大小;然后使用磨损深度模型分析了高转速工况下叶片与腔体磨损量的大小。最终研究表明：搅拌机腔体最大磨损位置在上壁面处,搅拌叶片最大磨损位置在搅拌刀刀头部位,搅拌叶片接触力和磨损量大于腔体内壁,转速越高,搅拌机的接触力和磨损量越大。该结论可为离心搅拌机的搅拌时间和搅拌速度等工作参数设定和疲劳寿命预测提供参考。     

水基泥浆中P110钢级套管耐磨性能和磨损机制分析

在下入套管的井中继续钻进会导致套管不同程度的磨损,磨损后套管强度降低会威胁试油完井作业的安全。采用环块式钻杆-套管磨损实验机,研究P110套管在水基泥浆中的磨损性能,测试不同磨损时间、正压力和转速下套管的磨损效率和摩擦因数。通过套管磨损表面SEM图,分析套管磨损机制。结果表明:转速和正压力的变化对套管磨损程度的影响较大,随着正压力的增加,磨损效率增加,摩擦因数先变大后变小;随着转速的增加,磨损效率和摩擦因数均增加;低压力下套管会发生磨粒和疲劳磨损,高正压力下黏着、磨粒和疲劳磨损同时存在,主要为黏着磨损;减少套管和钻杆间的接触力可控制套管内表面的磨损。     

高密度钻井液润滑下套管磨损实验研究

在2.0g/cm3和1.8g/cm32种高密度钻井液中,进行了S135钻杆/P110套管试件摩擦副摩擦磨损实验,考察了套管磨损速度和磨损效率与接触压力、转速之间的关系。结果表明,随接触压力的增加,磨损量和磨损效率也增加,压力较小时,接触压力和磨损量及磨损效率几乎成线性关系;转速较低时,相同摩擦功下磨损量和磨损效率虽然随转速增加有所增加,但增加幅度非常小,但转速超过某个值后磨损量和磨损效率陡然增加;在2.0g/cm3密度钻井液中套管磨损量比在1.8g/cm3中的略大一些,但只相差0.5%,几乎可以忽略。     

桥塞卡瓦坐封下套管磨损机制研究

在油田开发中桥塞是主要井下工具之一,在不同的密封压差下,不同材料的桥塞卡瓦对套管产生不同的损伤。在SRV型摩擦磨损试验机上进行卡瓦磨损套管试验,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDAX)对套管磨损表面的形貌及元素成分进行分析。结果表明:套管的磨损性能与载荷和接触的卡瓦材料有关;随着卡瓦材料的硬度和载荷的增加,套管的磨损加重;在重载荷作用下,套管磨损机制主要为接触疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,表面犁沟现象明显。     

碳纳米管/铅锡合金复合镀层的摩擦磨损性能

在镀液中加入不同含量的碳纳米管,用复合电沉积工艺制备了碳纳米管/铅锡合金复合镀层,测试了其在不同载荷下的摩擦因数和磨损量,并对其磨损形貌和磨损机理进行了分析。结果表明:在相同条件下,碳纳米管/铅锡合金复合镀层的摩擦因数和磨损量均低于普通铅锡合金镀层的;当镀液中的碳纳米管含量为2 g·L~(-1)时,复合镀层的摩擦因数和磨损量最小;复合镀层的磨损机理为磨粒磨损,而不含碳纳米管的铅锡合金镀层的为粘着磨损。     

固液两相流下蝶阀的磨损特性研究与结构优化

基于Fluent软件提供的湍流模型与离散相模型,对中线蝶阀内部流场进行了数值模拟研究,考察了阀门开度对蝶阀壁面及蝶板磨损的影响。结果表明,随着阀门开度的减小,蝶阀的磨损量和磨损范围都在增大,其中,蝶板受到的磨损量最大,磨损区域主要集中在蝶板的边缘,而蝶板中心区域的磨损量基本为零。蝶阀内壁面受到的磨损程度与蝶板表面相比较小,磨损范围主要集中在过流截面的两侧。基于研究结果对蝶阀结构进行了优化,优化后蝶阀的磨损程度降低,磨损范围减小,流阻特性改善。     

磨粒流研抛不锈钢弯头内壁流场仿真分析

针对磨粒流在弯管类零件中抛光效果受压强影响磨削不均匀的问题,采用固-液两相湍流模型,对不同初始压强条件下弯头内磨粒流流场特性进行数值模拟研究。通过运用ANSYS Fluent15.0软件,对比4种不同初始压强条件下的动态压强、壁面剪切应力及磨粒流速度的分布,分析抛光效果的变化情况。研究结果表明:适当增加初始压强可提高内壁抛光效果,内侧壁面抛光效果明显优于外侧壁面,为实际研抛不锈钢弯头提供了可靠依据。     

苜蓿草粉对45#钢磨损的RBF神经网络预测

苜蓿草粉对金属材料的磨损是影响制粒机使用寿命的主要原因,其中转速、负载和粒度是影响磨损量的重要因素.建立了苜蓿草粉对45#钢磨损量的RBF神经网络模型,在磨粒磨损试验机上通过改变试验参数进行磨损试验,获得了不同试验参数下的磨损量.以磨损数据作为RBF神经网络的目标样本,对不同试验参数下的磨损量进行了预测.结果表明:模型可较准确地计算转速、负载和粒度对45#钢管磨损量的影响规律.     

网络互穿双金属复合材料干滑动摩擦磨损特性研究

利用高温高速摩擦磨损试验机分别对不同工况(加载载荷、主轴转速、时间)下网络互穿铝基复合材料摩擦磨损特性进行分析。结果表明:摩擦因数和磨损量均与加载载荷和主轴转速呈正相关关系。建立的磨损方程能够很好的对实际磨损量进行预测,且三个实验因素对磨损量的影响大小依次为时间、加载载荷、主轴转速。     

氟塑料离心泵蜗壳内壁不平整度对泵性能的影响

以扭曲叶片叶轮氟塑料离心泵IHF150-125-250为研究对象,分析扭曲叶片叶轮氟塑料离心泵蜗壳宏观上内壁不平整度对泵性能的影响。运用流场计算软件Fluent,对建立的氟塑料离心泵蜗壳内壁磨损后内壁不平整度的物理模型,进行了不同工况下内部流场数值模拟,得到了离心泵蜗壳和叶轮内的速度、压力等云图的分布及数值模拟实验数据,分别与磨损前进行对比分析。结果表明:宏观上的磨损后的扭曲叶轮氟塑料离心泵的扬程和效率均比磨损前有所下降。     

表面磨损对钢丝绳裂纹萌生与扩展的影响

结合扩展有限元法和M积分法,建立了1×19+IWS钢丝绳不同表面磨损的简化有限元模型,对其在轴向拉伸载荷下的裂纹萌生与扩展进行了仿真研究。分析了钢丝绳在拉伸载荷下整体与磨损区域的应力分布;随后基于扩展有限元法与M积分法,得到了不同径向与轴向磨损量下磨痕区域的应力强度因子。结果表明,随着径向磨损量增大,在磨损量5.5%之前,磨痕处的应力强度因子随磨损量线性增长,在超过5.5%磨损量之后,急剧增加,研究成果验证了GB/T 5972—2016《起重机钢丝绳保养、维护、检验和报废》中规定的钢丝绳报废标准。相比于径向磨损,钢丝绳的轴向磨损量对磨痕处应力强度因子的影响不大,并且越大的轴向磨损对裂纹扩展的抑制越强。     

碳钢奥氏体不锈钢材料在水电工程中应用的局限性

通过对水电站典型应用材料(55钢、1Cr18Ni9Ti、0Cr13Ni5Mo)在冲蚀磨损过程中电化学腐蚀及抗冲蚀磨损性能研究,区分出纯磨损、纯腐蚀、磨损对腐蚀的促进分量及腐蚀对磨损的促进分量等在材料失效过程中各占的比例,考察了试验材料的抗冲蚀磨损特性及其磨损与腐蚀间的交互作用,分析了其失效机制。结果表明:不同的冲蚀速度下,0Cr13Ni5Mo不锈钢的冲蚀磨损失重率最小,55钢最大;纯磨损是材料失去的主要方式:55钢虽然纯磨损量较小,但腐蚀及其磨损与腐蚀的交互作用失去量大,1Cr18Ni9Ti不锈钢虽然纯腐蚀量小,但纯磨损量大,因而都有应用的局限性。