通用下部钻具三维小挠度静力分析的数学模型及应用

随着钻井技术的进步,以控制井眼轨道为目的的下部钻具组合发展迅速。在原来的普通增斜、降斜和稳斜钻具的基础上,发展了多种类型的导向钻具、带偏心弯接头的防斜钻具、带柔性接头防斜钻具和两稳定器间变刚度的增斜钻具等多种新型下部钻具组合。为了更好地应用这些新钻具,建立了适用于对普通下部钻具、导向钻具、带偏心弯接头和柔性接头的下部钻具进行三维小挠度静力学分析的数学模型,包括(1)微分方程,(2)钻头、稳定器、弯角、变截面、切点和井壁的边界条件,(3)钻头的侧向力和钻头转角。用该理论编写了应用软件。作为软件的部分功能,对几套钻具进行了增斜率随井斜角变化的预测, 并进行了初步分析。     

黏滑振动下机械式自动垂直钻具稳定平台的控制性能研究

机械式自动垂直钻具具有耐高温、成本低和适用范围广等优点,其在深部资源勘探领域有广阔的应用前景,但纯机械式结构导致其纠斜精度易受外界环境的干扰。为进一步提高机械式自动垂直钻具的纠斜精度,对不同强度黏滑振动下钻具稳定平台的控制性能进行研究。首先,通过构建钻具稳定平台控制性能的数学分析模型,得到影响稳定平台控制性能的因素。然后,利用ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析）软件建立黏滑振动下钻具稳定平台的多刚体动力学仿真模型,并对不同影响因素以及振动强度下稳定平台的控制精度和控制效率进行分析。最后,综合分析得到钻具稳定平台控制性能最优时各影响因素的推荐值。分析结果表明：PDC（polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片）半径对钻具稳定平台控制精度的影响最大,而填充物密度的影响极小;轻度和中度黏滑振动对钻具稳定平台控制效率的影响不大,重度黏滑振动可大幅提高控制效率,但黏滑振动强度对控制精度几乎没有影响。研究结果可为黏滑振动下机械式自动垂直钻具的优化设计提供参考。     

液压凿岩机配流阀零位开口设计与实验研究

液压凿岩机配流阀零位正开口设计的定位导向精度要求高,增加了其制造难度,系统内泄量大,降低了凿岩机的工作效率.针对此不足,通过比较分析零位正开口与零位负开口的优点和不足,提出了一种零位负开口的设计方法和零位开口压力增量的计算方法,从蓄能器的耦合和局部阻力角度建立配流阀零位开口的数学模型,得出了阀芯开口运动的非线性方程.利用Simulink对阀芯零位开口进行了运动学仿真,分析对比了不同开口形式对凿岩机冲击性能和系统压力的影响,并与实验结果进行对比,验证了仿真的准确性.结果表明:液压凿岩机配流阀零位负开口设计优化了导向方式,降低了制造难度,其工作效率提高了9.2%,单次最大冲击能提高了12.5%.零位负开口设计的高可靠性和高效率优势更符合实际工况要求.     

第九讲：真空系统组成元件

2常用的几种压紧方式 (上接 1 999年第 6期第 4 8页 )a.螺旋压紧在真空阀门中应用最广 ,它的结构简单 ,制造容易 ,压紧时增力倍数较大 ,适于手动、电动两种阀门 ;其缺点是开关阀门时间较长、传动效率较低。1—阀座 2—阀板 3—螺杆 4—螺母5—导向键 6—制动圈图 2 1　螺旋压紧的阀门实例现以图 2 1超高真空阀门的具体结构来说明螺旋压紧。图中 1是带刀口的阀座 ,2是可更换的阀板 ,它由带导向槽的螺杆 3带动。螺母 4拧在螺杆 3上 ,其轴向由止推轴承限定 ,只能转动。当螺母转动时 ,螺杆 3因导向键 5的限制 ,只能作上下移动 ,从而带动阀板上下…     

大口径瓦斯抽排放管道井施工技术总结

本文结合黄陵二号矿大口径瓦斯抽排放井的施工实例,总结出大口径瓦斯抽排放井的施工技术:先进行小口径先导孔施工,再进行分级扩孔施工。在进行导向孔施工时采用轻压吊打防斜,陀螺仪测斜或使用无线随钻定向仪器,螺杆钻具定向纠斜,确保钻孔控制在规定靶区以内;下套管前在套管端部下下20cm处割大下约45cm的圆孔,用于孔穿杠钢管提吊,在套管底部加工浮力板,用于增加管体浮力。     

机械式自动垂直钻具执行机构内部流场规律研究

在科学钻探中，利用自动垂直钻井技术能够有效控制井斜。但是，现有机械式自动垂直钻具的执行机构需要较大排量的泵机来提供动力。若要降低排量，则要求执行机构的内部结构有良好的保压效果。为解决上述问题，提出一种内部带有泄流缝隙的新型执行机构，以提升其保压性能，并利用CFD（computational fluid dynamics，计算流体动力学）方法对其内部流体区域的流线分布进行模拟，分析泄流缝隙对流体区域压强产生的影响，以验证利用缝隙泄流实现保压的可行性；同时，通过对泄流缝隙宽度、长度等参数的敏感性分析，得到不同参数对新型执行机构保压效果的影响。结果表明，在泵机排量较小的条件下，新型执行机构仍具有良好的保压效果，对保压效果影响最明显的因素为泄流缝隙宽度；当泄流缝隙宽度小于0.2 mm时，该执行机构内部流体区域的整体压强较大，即其保压效果良好。由此可知，开设泄流缝隙可实现执行机构的性能优化，这对进一步提升机械式自动垂直钻具的纠斜能力具有重要意义。     

一种新型多级可变径稳定器工作机理研究

针对目前国内可变径稳定器结构复杂、制造成本高等问题,设计了一种主要用于水平井井眼轨迹微调的新型多级可变径稳定器。该稳定器能在钻井液驱动力作用下通过改变销钉在行程控制轮导向滑槽中的状态来实现多级变径,针对其结构特点,对其工作原理进行了介绍。基于纵横弯曲法理论,并考虑均布载荷及弯矩等因素的联合作用,建立了包含多级可变径稳定器的井下钻具组合的力学模型,得到了钻井液驱动力与稳定器支撑块伸出长度之间的关系式,计算了不同支撑块伸出长度所需最小钻井液驱动力和钻头侧向力的值,结果表明该可变径稳定器能实现增斜、降斜和稳斜功能。研究成果为多级可变径稳定器的结构设计和优化提供了技术指导。     

中速涡轮工具在砾石层钻进应用分析

塔里木油田山前,PDC钻头和牙轮钻头单趟进尺少、垂钻工具容易失效;上部地层属高陡构造,地层倾角大,钻进容易井斜。博孜301井311.2 mm井眼应用新型中速涡轮工具+孕镶钻头,同时配套双钟摆钻具组合的钟摆力进行防斜,利用MWD随钻检测技术对井斜进行随钻检测技术对砾石层钻进进行提速。试验表明该配套技术在巨厚砾石层中钻进,明显地提高了趟钻进尺和机械钻速,为山前大段砾石层的钻井提供了经验借鉴,并展示了良好的应用前景。     

离心泵流体激励力的研究：叶轮部分

研究叶轮流体激励力是进一步研究离心泵流体激振的基础之一。本文基于对单级单吸式离心泵内非定常流场的CFD计算,通过积分得出叶轮转动过程中叶轮各表面所受空间三个方向的流体和力与和力矩,并分析了各表面对合力与合力矩的贡献,最后通过测试离心泵转轴的径向振动位移以验证所得结果的正确性。结果表明,叶轮各表面流体力空间三向合力与绕三个正交坐标轴的合力矩均周期波动,其中两个相互垂直的叶轮径向流体合力均以叶轮转动一周为一个周期,其余方向合力与绕坐标轴的合力矩均以相邻叶片通过蜗舌的时间一个周期;叶片所受流体径向合力是叶轮所受径向流体力的主要来源,叶轮前盖板外表面与后盖板外表面之间的压力差决定叶轮所受轴向力的大小,前盖板流体压力分布的不均匀程度决定叶轮绕径向转矩的大小,叶片所受流体力是叶轮绕转轴转矩的主要原因。     

基于LabVIEW的多路阀测试系统的开发

设计了一套基于LabVIEW的多路阀测试系统。为满足多路阀的各种测试要求,设计出相应的液压系统和测试系统。本文主要对多路阀的四个关键的测试项目,包括换向操纵力试验、微动特性试验、压损试验和泄漏试验等性能测试进行了详细研究。经过现场测试,测试结果满足企业要求,可知本系统性能稳定可靠。     

新型涡轮驱动水力振荡器设计与实验研究

提出了一种新型的石油钻井用水力振荡器,可有效降低管柱摩阻,提高钻井效率.该水力振荡器采用涡轮驱动,并使用双偏心动定阀作为压力脉冲发生机构.通过建立双偏心动定阀的运动特性方程,结合实际工况得出阀盘的最优尺寸.通过选定阀型的水力振荡器性能测试实验,得出在模拟钻压为30kN,流量为28L/s,工作介质为清水时的振动冲击力约为15 859N,振动位移约为4.1mm,振动频率约为11.4Hz.该分析与实验结果对水力振荡器的设计与应用具有指导意义.     

井下防喷器的设计及实验研究

为了提高钻井作业的安全性,保证井底发生溢流后能迅速可靠封隔环空、方便后续压井作业,设计了一种安装在近钻头端的井下防喷器,对其结构和工作原理进行了详细介绍.通过建立井下防喷器中推块机构的受力模型,分析了推块对管柱的反作用力与推块锥面角和碟簧变形量之间的关系.对花键进行了强度校核,使用有限元软件对不同厚度和硬度的胶筒的封隔能力进行了分析,同时进行了井下防喷器的室内实验.研究结果表明:当单个碟簧的变形量为0.2mm、推块的锥面角度为45°时,单个推块可对钻柱产生2.2kN的反作用力,设计值和实验数据接近;当钻柱扭矩达到45 000N·m,花键的挤压应力仍在许用应力范围内;在压缩量和封隔间隙相同的情况下,胶筒的宽度越宽、硬度越大,封隔能力越强,且胶筒硬度越大,需要的下压力也越大.研究结果对井下防喷器的设计具有一定指导作用.     

螺杆式压缩机内置活塞式进气控制阀分析

对内置活塞式进气控制阀在螺杆式压缩机上的应用原理及其作用进行阐述,进气控制阀的压损、吸气侧的筒直径及其弹簧力大小是影响阀打开力大小的3个主要因素。阀打开力与阀的压损、阀体吸气侧筒的直径平方几乎呈正比关系,弹簧力是阻碍阀打开的因素,弹簧力减小的数值就是阀打开力增大的数值。在进气控制阀的设计上,对螺杆式压缩机的性能和进气控制阀可靠性必须综合考虑,进气控制阀设计参数选择要合适,在确保阀打开可靠的前提下,阀的压损一般控制在25-30 kPa范围内。     

碟簧装置恢复力模型及其在自复位RC剪力墙中的应用

为了准确模拟碟簧装置和自复位RC剪力墙的力学性能,对碟簧装置的工作原理和力学特性进行了分析,提出并开发了碟簧装置恢复力模型,通过试验验证了恢复力模型的准确性。在低周往复荷载作用下,对内置碟簧装置的自复位RC剪力墙的滞回性能进行数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:应用碟簧装置恢复力模型的数值模型可有效模拟自复位RC剪力墙的滞回特性、自复位性能及耗能能力。自复位RC剪力墙的承载力随碟簧预压力、附加摩擦力及碟簧装置刚度的增大而增大;耗能能力随附加摩擦力的增大而增大;残余位移随附加摩擦力的增大而增大,随碟簧预压力和碟簧装置刚度的增大而减小。     

The Effect of Jar Holding Posture on Finger Force and Torque during a Jar‐Opening Task for Young Females

Many young females have difficulty opening jars. Although previous studies have attempted to clarify the body posture effect during such a task, the experiments therein focused on a single digit or actions with unnatural finger positions and were further restricted to upper extremity postures. A further study is required to investigate the fingers’ coordination, as well as each subject's natural and self‐selected upper extremity posture and finger grasp location when opening a jar. This study focused on the forces and coordination of the right hand fingers during a jar opening movement under both vertical and free‐way opening postures. A jar simulator was set up to record the forces applied by finger groups (the thumb, the index–middle finger group, and the ring–little finger group) of the right hand. A self‐selected finger position and free‐arm posture of each subject were allowed. Results show that the force vectors of the finger groups were all in the counterclockwise direction for both postures. The total force and overall torque of the right hand decreased in the vertical opening posture. The thumb produced greater tangential and resultant forces in the vertical opening posture. Despite normal forces being 1.82–3.54 times the tangential forces for both postures, no difference was found for the normal force to tangential force ratio for each finger group between the two opening postures. The index–middle finger group had similar torque contributions for both postures. The torque contribution of the thumb increased (26% and 21% for vertical and free‐way posture, respectively), while the ring–little finger group torque contribution decreased (35% and 42% for vertical and free‐way posture, respectively) in the vertical opening posture. As such, the free‐way opening posture is the better strategy for young females to open a jar. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

碳纤维增强复合材料螺旋铣孔切削力及加工质量研究

针对传统钻孔方法加工复合材料时易导致分层、撕裂等缺陷的问题,采用螺旋铣作为新的制孔技术,根据飞机装配现场的实际加工条件,构建以机器人为移动载体、螺旋铣孔终端执行器为加工单元、螺旋铣孔专用刀具为切削工具的加工系统,采用该加工系统对碳纤维增强复合材料(CFRP)螺旋铣孔关键工艺参数进行正交试验,并讨论了刀具主轴转速、每齿进给量和轴向切削深度等工艺参数对切削力的影响规律;通过对加工缺陷的监测,探讨了切削力与CFRP分层、撕裂等缺陷之间的关系;最后对工艺参数进行优化,经试验验证,优化后轴向切削力较优化前降低26%以上,孔入口及出口处均无撕裂、毛刺,加工质量最优。     

Experimental thrust forces and delamination analysis of GFRP laminates using candlestick drills

Drilling is usually performed using twist drills while assembling the composite components. However, it is necessary to adopt appropriate tool as the risk of delamination damage is high. Many researchers have performed experimental and theoretical study concerning drilling-induced delamination damage in composites utilizing special drills. The article performed drilling experiments of glass fiber reinforced plastic laminates utilizing candlestick drills. Ten candlestick drills with different drill tip geometries were compared in thrust forces and push down delamination. The results revealed the drilling behavior of the outer cutting edges and the outer drill tips for candlestick drill, and also indicated that the push down delamination depended on exit thrust force instead of maximum thrust force. What is more, thrust forces and push down delamination were significantly reduced when holes were produced using reasonable candlestick drill tip geometry. Finally, the analysis was useful for selecting appropriate candlestick drill tip geometry and conducting candlestick drill tip geometry optimization.     

月壤钻进取心过程钻具热特性研究

我国探月三期工程采用回转冲击钻对月表月壤进行预计深度为2米的采样作业，采样过程中钻头由于钻削产生的切削热完全由钻具本身导热传递。由于月球的超高真空度以及苛刻的温度环境，导热效率相较于地面钻探低。同时，由于钻进工况的未知性，钻具可能会形成局部高温区域，这会使钻具的整体性能降低，尤其对钻具的取心性能影响最大。通过EDEM软件，建立不同形状及颗粒大小的月壤颗粒微元模型，组成月壤仿真模型，基于高温小颗粒群法，开展钻进过程月壤热特性仿真研究，研究温升颗粒的分布规律，并根据这一分布规律建立温升颗粒数量与温升之间的关系式。另外，在模拟月壤钻进实验中，在原有的取芯钻具上补充若干温度测量点，通过光纤光栅传感技术，开展钻具热特性实验研究，获得了钻头不同位置区域的温升规律，以及回转转速、进给速率对钻具温度的影响规律。温升颗粒数量模型以及常规热特性实验均能实现钻具温升情况的预测，为后续钻具在拟实月球环境及恶劣工况下的热安全性研究提供依据。     

自复位全钢型防屈曲支撑的工作原理与滞回特性研究

该文提出一种新型自复位全钢型防屈曲支撑(SC-SBRB),主要由防屈曲耗能系统和预压组合碟簧自复位系统并联组成。对其基本构造和工作原理进行了介绍,建立了能够准确描述支撑滞回特性的恢复力模型。采用ABAQUS有限元软件建立了具有不同设计参数的4个SC-SBRB实体模型,研究了支撑在低周往复荷载作用下的滞回特性及复位性能,并与恢复力模型计算结果进行了对比分析。结果表明,低周往复荷载作用下,SC-SBRB的滞回响应呈现稳定饱满的类“旗形”特征,建立的恢复力模型能够准确地预测支撑各阶段的力学性能。SC-SBRB的自复位性能随碟簧初始预压力的增大而逐渐得到发挥,残余变形同步减小。当复位率达到1.0时,支撑最大残余变形率为0.039%,复位性能和耗能能力匹配合理。     

粉粒物料卸料蝶阀及其驱动系统的非线性分析

针对粉粒物料运输车自动卸料的需要,首先,利用流体动力学理论,分析气粉混合的两相流体在不同入口流速时对开闭蝶阀动扭矩和轴承扭矩的影响。并利用自由流线理论求出流体流经蝶阀不同开口角度时的收口系数。其次,构造电磁驱动系统,对该驱动系统进行电磁学特性分析,以求出驱动蝶阀的电磁力,以及电磁力与电流之间的关系。并利用一阶暂态理论分析电阻电感电路,求出驱动器动铁芯位移对电路电流波动的影响。继而,利用机械动力学理论对该蝶阀及其电磁驱动系统进行非线性分析。设定蝶阀入口流体的不同速度,利用Simulink进行数值模拟,分析电流、蝶阀开闭速度、蝶阀开口角度的变化规律,以获知自动卸料系统中电路电流波动较小与蝶阀转速更平稳的基本参数。