钻柱测量接头的机械结构设计与制造

有关钻柱在井下的工作情况，国内外有关学者从理论上早已进行了较深入的研究，所建钻柱模型及求解方法也各有特色，但至今钻柱在井下的实际工作状态还有待研究。研制了一种实用的钻柱井下测量接头，它可连接在钻柱的不同部位随同钻柱下井，实测、记录并存储钻柱在井下不同位置的受力与运动等参数，起钻后进行数据回放，并进行钻柱力学分析以验证各理论模型的准确性。重点介绍该测量接头的机械结构设计与加工制造。     

考虑运动状态时全井段钻柱疲劳裂纹扩展寿命计算研究

旋转钻进中钻柱既自转又反转,当其通过弯曲段或大间歇环空段时,偏心反转引起较大的弯曲应力,在复合载荷作用下常造成钻柱疲劳损伤。因此,钻柱疲劳寿命预测对钻柱的合理使用及损伤评估有重要价值。本文以全井段钻柱为研究对象,考虑了其进动与反进动状态,通过摩阻/扭矩分析确定了其轴向载荷及扭矩,并运用动力学观点分析了钻柱在不同井眼环空下的弯曲应力,由此计算出了全井段钻柱的合成应力,并结合Paris公式得出了钻柱疲劳寿命的计算方法。最后,编写了计算全井段钻柱受力和疲劳裂纹扩展寿命的计算机软件。算例表明,该方法能客观地反映井身结构、钻具组合及钻柱运动状态对钻柱疲劳裂纹扩展寿命的影响。     

井下工程参数测量短节设计与制造

旋转导向钻井技术能够成功实现的关键技术之一是要实时测量出近钻头处的钻井工程参数(钻压、扭矩、侧向力等)。研制了一种井下工程参数测量短节,它可连接在钻柱的不同部位随同钻柱下井,实测、记录并存储钻柱在井下不同位置的受力情况,在测量短节中安放井下电源、传感器及数据采集电路,配置了MWD数据接口,可实现数据存储和实时传输,这样就可获取到真实的井下工程参数,还可将数据用于钻柱动力学分析以验证各理论模型的准确性。介绍了测量短节的结构设计、强度校核与加工制造。     

石油钻柱减震器花键体外筒断裂原因分析

为查明某油田断裂的石油钻柱减震器花键体外筒的断裂原因,对其断口进行了宏观和微观分析,对断裂的花键体外筒材质进行了分析,对钻柱减震器的受力状态和主要结构进行了分析.结果表明:花键体外筒断裂属于早期疲劳破坏;断裂的原因主要是材料韧性不足、结构不合理导致应力集中.建议提高花键体外筒材料韧性,对花键体外筒断裂部位的结构进行改进.     

垂直井与水平井钻柱屈曲数学模型优化

对钻柱在井眼内的受力情况进行了分析,得到钻柱在井下的几种屈曲形式。同时对国内外利用能量法推导的垂直井与水平井钻柱屈曲数学模型进行分析对比,分别考虑井眼中在内外流体压力作用下钻柱单位长度重量及钻柱与井壁的摩擦系数,推导出更适用于现场垂直井和水平井钻柱临界屈曲载荷的正弦屈曲临界载荷与螺旋屈曲临界载荷的新数学模型。通过屈曲载荷新数学模型的建立,为现场预测钻柱稳定性提供了可靠的理论依据。     

从结构上提高轴的疲劳强度

在工程机械的各类零件中，轴是很重要的一种零件。在使用当中，轴所承受的应力多为变应力，故其破坏形式多为疲劳断裂，这就使轴成为了典型的疲劳破坏零件。因此在轴的结构设计中应设法提高轴的疲劳强度，以提高其寿命。根据轴的受力特点和疲劳破坏部位，可从几个方面采取具体措施。     

钻柱在钻井液和井壁摩阻共同作用下的涡动

把旋转钻柱简化为一内外有流体的柔性转子系统，分析了在内外钻井液流体作用下的钻柱涡动行为。研究表明，钻柱内钻井液将影响钻柱的受力状况及运动形式，钻柱外钻井液使钻柱承受一个与其旋转运动速度同向的侧向力，加大了钻柱涡动行为；钻柱与井壁接触摩擦，使钻柱在低速时也发生涡动。建立和求解了内外钻井液对钻柱动压力的数学模型，探讨和描述了内外钻井液作用下钻柱涡动过程的动力学机理和运行规律，得到了钻柱涡动失稳的临界条件。     

钻杆管体刺漏原因分析

通过钻杆刺缝宏观形貌、断口微观形貌观察及EDS谱分析,结合钻杆材料的力学性能、化学成分和显微组织分析,对尺寸为127mm×9.19mm的G105钢级钻杆管体的刺漏原因进行了分析。结果表明:该钻杆刺漏属于早期腐蚀疲劳开裂;钻杆外壁表面受到井下弱酸性液体的腐蚀而存在多个腐蚀坑,腐蚀坑底部易产生应力集中,在交变应力的作用下,多条裂纹分别在腐蚀坑底快速萌生;钻柱在钻进的过程中存在跳钻及钻柱组合结构中严重的截面突变,加速了该钻杆疲劳裂纹的扩展;这些疲劳裂纹不断扩展,当其中一条裂纹穿透管壁时,钻杆便发生刺漏。     

碟形弹簧模态分析

在石油钻井中,钻头在破岩过程中会产生非常大的振动,如果没有做好减振措施,就会使井下工具承受巨大的轴向振动,从而导致井下工具破坏和失效.为了降低轴向振动对井下工具的影响,需要采用碟形弹簧减振.文中利用SolidWorks软件建立碟形弹簧模型,并运用有限元分析软件COSMOSworks对碟形弹簧进行模态分析,通过对比模态分析结果与钻柱振动数据,为碟形弹簧的结构设计提供参考依据.     

主滚筒轴加工工艺分析

主滚筒轴是绞车中的一个重要轴，其功能是提升及下放钻柱、套管柱、悬挂钻柱和套管柱，处理井下事故或其他辅助提升作业。其加工质量的高低直接影响着产品的性能和使用。     

新型贝氏体钢模拟螺纹钎杆疲劳寿命的研究

采用GDL-1型贝氏体钢作为螺纹钎杆的材质,加工成模拟钎杆螺纹杆进行拉压疲劳行为的测试。结果表明:经过表面喷丸处理的螺纹杆的疲劳寿命明显高于未进行表面喷丸处理的螺纹杆,经空冷250℃回火疲劳极限稍低于空冷300℃回火。     

基于Hopkinson压杆试验的小钎杆动态应力特性研究

在对锥体连接钎杆和整体钎杆2种典型小钎杆的应力传播模型进行理论分析的基础上,通过Hopkinson压杆试验系统对这2种钎杆杆体中部和钎头端部进行了动态应力测试。测试结果表明:2种钎杆杆体中部应力幅值基本没有差异,但锥体连接钎杆接头处具有30%的应力波反射,而整体钎杆没有;整体钎杆钎头端部最大入射应力波幅值的平均值比锥体连接钎杆的相应均值高出23%,使得整体钎杆的凿速比锥体连接钎杆的要高,但其损坏更快,预期寿命只有锥体连接钎杆寿命的18%,故整体钎杆更适用于软岩钻孔作业,而锥体连接钎杆更适用于硬岩钻孔作业,该试验研究为技术人员如何选用钎杆提供了理论指导。     

基于SolidWorks的液压破碎锤钎杆有限元分析及疲劳分析

液压破碎锤钎杆的力学性能及疲劳寿命在很大程度上决定了液压破碎锤的工作效率。为了能设计出性能良好、结构合理、经济性好的液压破碎锤钎杆,使用SolidWorks有限元分析软件建立模型,分析了钎杆的力学特性及疲劳寿命,对液压破碎锤钎杆结构的改良和寿命的提升会有一定的指导性意义。     

连杆动应力及疲劳寿命分析

连杆在发动机中直接与活塞销、曲轴连杆轴颈相连接,它们之间通过弹性接触传递力。所以,活塞销、曲轴连杆轴颈决定了连杆的受力分布情况。采用有限元分析中的接触法对某型号发动机的连杆进行有限元分析,得出接触面之间的压力分布情况、连杆的应力分布情况及连杆变形情况,并对连杆的疲劳强度进行校核。     

ANSYS在连杆疲劳寿命分析中的应用

首先利用UG软件对连杆三维建模,然后应用ANSYS软件对其进行疲劳分析,通过分析能够得到连杆在重复载荷作用下的疲劳寿命及安全系数,能够很好地预测连杆在实际应用过程的工作情况,并能够预测连杆在重复载荷情况下疲劳裂纹的产生,为连杆的设计和改进提供参考和依据。     

门座起重机矩形拉杆绕流数值模拟分析

当风载作用于门座起重机矩形拉杆时，旋涡脱落频率将会接近于其本身固有频率，此时拉杆会发生涡激共振，剧烈的振动会引起拉杆的疲劳开裂。为了改善振动情况，通常在拉杆顺风向上开孔，使拉杆的脱落频率远离固有频率，以破坏涡激共振形成的条件。为了研究拉杆上孔的尺寸和分布对改善拉杆振动的影响，对不同拉杆模型进行了研究，得出孔的最优尺寸和分布。     

基于有限元方法的压裂泵连杆疲劳强度分析

压裂泵连杆在工作过程中受到复杂的交变载荷作用,为防止发生疲劳破坏,对压裂泵连杆疲劳强度进行分析。首先建立五缸压裂泵连杆装配组件有限元模型,然后在考虑过盈配合及联结螺栓预紧力装配条件的情况下,对连杆的几种极限工况进行静力有限元分析,获得连杆在各工况下的应力应变,接着将各工况静力分析结果导入疲劳分析软件FE－SAFE中,从而确定疲劳载荷谱,并以此计算连杆疲劳寿命及疲劳安全系数,对连杆疲劳寿命进行定量分析。结果表明,压裂泵连杆疲劳寿命及疲劳强度满足设计要求。     

高速摄影测量在旋冲钻进试验中的应用

利用高速相机记录液压旋冲钻进中钎杆不同冲击压力、旋转压力和推进力情况下的作业过程,同时采用数字图像处理技术,绘制钎杆在旋冲钻进过程中的冲击振动、扭转振动以及试验台架在冲击过程中的受迫振动的曲线,得到钎杆冲击频率和扭振频率、钎杆及试验台架的振幅及其相关性等重要数据。试验结果同传统电测结果基本一致,但与传统传感器测量比较,高速图像采集分析技术是一种无接触、全局化、适用范围广、自动化程度高,精度满足试验要求的量测手段,能够更直观充分地描述旋冲钻进中钎杆振动变化过程。     

一种典型齿形紧配合面微动损伤机理研究

结合对连杆的动力学分析，对16V280ZJ型柴油机连杆齿状紧配合件结合面的损伤进行了分析研究，结果表明，齿面间复杂的微动疲劳作用加速了齿表面裂纹的萌生与扩展，是降低使用寿命的主要原因，研究结果对其它类型的柴油机连杆（如16V240）或其它类似的紧结合面损伤机理研究具有指导意义。     

复杂载荷作用下压气机叶片疲劳寿命数值分析

为提高叶片服役寿命,在计算叶片应力分布并预测其在复杂载荷作用下的疲劳寿命后,基于逆向工程建立了三种不同精度的叶片模型;考虑离心和气动载荷作用,求解压气机叶片复合载荷作用下的应力分布规律;通过叶片模拟件疲劳试验,确定TC4钛合金疲劳极限,拟合寿命模型参数;利用非线性连续损伤力学模型预测叶片在典型工况下的疲劳寿命。结果表明：不同模型的应力及寿命计算值存在一定差异,开展叶片数值分析时,需考虑计算模型还原叶片几何特征的精度对计算结果的影响。