国内外高压管汇连接发展现状及趋势

高压管汇连接将压裂车增压后的高压流体输送到井口,完成高压流体的输送任务。高压管汇连接已经成为制约大型压裂提速提效的一个短板,因此研究高压管汇连接对我国压裂工艺提速提效具有助推作用。文中分析了常规高压管汇连接在大型压裂应用时的问题,介绍了国内外主要厂家SPM、FMC、Schlumberger、Halliburton、宝鸡石油机械公司在高压管汇连接的研究进展。指出高压管汇连接向着去由壬、大通径、模块化、自动化方向发展。     

考虑载荷模拟作用的高压弯头冲蚀数值仿真

在水力压裂过程中,地面高压管汇在管内复杂固液两相流冲击和管体恶劣载荷的耦合作用下,弯头、三通及接头等薄弱部件长期遭受严重的冲蚀磨损,极易导致管件发生断裂破坏,对现场人员及设备构成严重威胁。开展载荷作用下的高压管汇典型材料冲蚀磨损试验,根据试验结果,基于E/CRC冲蚀模型构建一种考虑应力状态影响的新型冲蚀数学模型,所构建的新模型与冲蚀试验数据之间的准确度可达95%以上。采用计算流体力学离散相模型（CFD-DPM）,开展高压管汇件冲蚀性能的三维数值模拟,考察高压弯头在不同压裂工况下的冲蚀磨损程度及空间分布情况。结果表明：在固液两相流冲击下,主要冲蚀区位于靠近弯头出口处的弯头外侧,且管件的最大冲蚀率也位于该处;在弯头内侧二次流涡流的影响下,部分颗粒在流经弯头后会在下游直管内侧积聚,从而在这个区域造成次要冲蚀区;随着流动颗粒斯托克斯系数增加,主要冲蚀区面积增大,次要冲蚀区面积减小;此外,在嵌入新型冲蚀数学模型后,可观察到随着操作压力增大,高压管汇弯头部位的冲蚀磨损率明显增加。     

3000型压裂车高压管汇疲劳强度仿真研究

高压管汇是油田酸化压裂作业中必不可少的设备,随着压裂作业深度的不断增大,管汇承受越来越高的压裂压力,其强度直接影响着压裂作业中安全问题。为了验证弯头冲蚀疲劳破坏是3000型压裂车作业用高压管汇失效的主要原因,以真实参数在三维建模软件Pro/E中创建管汇分析模型,通过计算流体动力学软件CFD对压裂作业过程高压管汇中弯头处的流场进行了仿真分析,利用流固耦合完成了管结构的疲劳强度计算,并提出了预防冲蚀疲劳破坏的措施和建议,仿真计算结果与实际失效案例进行了对比,结果表明,管弯头是高压管汇最易发生冲蚀和疲劳破坏的地方,且弯头外侧内壁面处为最大危险区。     

锅炉主蒸汽流量变送器接头断裂失效分析

通过断口及表面宏观形貌、化学成分和金相组织等检测分析,对电厂主蒸汽流量变送器接头断裂失效原因进行了研究。结果表明,锅炉主蒸汽流量变送器接头断裂的原因是变送器接头所用材料中Cr元素含量远低于奥氏体不锈钢对Cr含量的要求,当材料长期在高温运行过程中与电解质的电化学腐蚀环境相接触时在晶界处形成贫Cr区而发生的严重的晶间腐蚀而导致断裂。     

高压管汇连接由壬的接触分析

根据某钻机用油田现场使用的某厂家生产的高压管汇连接用锤击由壬破坏严重,锤击由壬约有90%未达到预期设计寿命而提前损坏,更换频繁等情况,应用有限元分析软件ANSYS Worbench对由壬紧帽、由壬公接头、由壬母接头三者进行了接触分析,探讨了该锤击由壬的损坏机理,考察由壬紧帽、由壬公接头、由壬母接头三者在工作中的应力分布情况和应变分布情况,寻找锤击由壬失效的根源。然后根据有限元分析和校核结果改进了由壬设计,并进行了分析和校核。     

高压管汇闸阀CAD系统研究

闸阀是高压管汇中非常重要的一个部件,对高压管汇闸阀进行高效快速的设计、校核具有重要意义.参数化设计可以改善图形的修改手段,提高设计的柔性,具有很高的应用价值.介绍了如何在Inventor中实现高压管汇闸阀基于特征的参数化设计.在介绍该CAD的总体编制思路的基础上,介绍了该系统所研究的主要内容.     

高压弯管冲蚀失效分析及数值模拟

油气田水力压裂作业时,高压管汇的弯头、三通等连接件部位由于承受上百兆帕的压力以及携砂液的高速冲蚀作用,应力集中及冲蚀破坏十分严重。对典型的高压管件失效样品进行失效分析,分析其宏观形貌特征和微观形貌特征。结果表明:压裂工况下高压弯头的主要失效模式为固体颗粒的小角度高速切削模式。对高压弯管冲蚀磨损进行数值模拟,得到高压管汇弯管内液相及固体粒子的流动规律,压力、速度变化规律以及冲蚀磨损的分布规律。数值模拟结果与现场回收的失效样品分析结果一致,验证了分析方法的正确性。     

高压对高压管汇冲蚀磨损的影响

针对现有的高压管汇冲蚀磨损理论,缺乏考虑高压力载荷对其冲蚀磨损的影响。通过对高压管汇冲蚀磨损的分析,得出当弯头受到内压作用时,产生的环向应力即拉伸应力明显大于轴向应力的结论。利用实验室自主研发的可施加拉伸应力的冲蚀磨损试验机,开展在不同拉伸应力作用下,冲击角为30°时,高压管汇材料40CrMo冲蚀磨损性能的实验研究。结果表明:随着应力的增大,40CrMo的冲蚀磨损率增加,抗冲蚀能力减弱。     

高压对高压管汇冲蚀磨损结果的影响

针对现有的高压管汇冲蚀磨损理论,缺乏考虑高压力载荷对其冲蚀磨损的影响。通过对高压管汇冲蚀磨损的分析,得出当弯头受到内压作用时,产生的环向应力即拉伸应力明显大于轴向应力的结论。利用实验室自主研发的可施加拉伸应力的冲蚀磨损试验机,开展在不同拉伸应力作用下,冲击角为30°时,高压管汇材料40CrMo冲蚀磨损性能的实验研究。结果表明：随着应力的增大,40CrMo的冲蚀磨损率增加,抗冲蚀能力减弱。     

139.7mm加重钻杆外螺纹接头断裂原因分析

为查明某井139.7 mm加重钻杆外螺纹接头的断裂原因,对断口进行了宏观和微观分析,对材料进行了化学成分分析、力学性能试验和金相分析,并进行了有限元分析等。结果表明:加重钻杆断裂属于腐蚀疲劳断裂;断裂主要原因是加重钻杆接头内径大于标准规定值,降低了加重钻杆外螺纹接头断裂扭矩和抗拉载荷,在疲劳载荷与腐蚀介质作用下,腐蚀疲劳裂纹首先在加重钻杆外螺纹接头危险截面部位螺纹牙底萌生,随后在载荷作用下裂纹不断扩展,进一步降低了接头的强度,最终发生了断裂事故。     

20钢高压管脆断分析

采用金相显微镜和透射电镜显微分析、力学性能试验与有限元分析等方法，系统分析合成氨系统使用的20钢高压管发生脆断的原因。认为发生脆断的主要原因是由于钢中氮等元素在管道冷加工后形成Cottrell气团，从而产牛应变时效所致。建议20钢等低碳钢应严格控制其中氮等元素含量，控制管道弯制等成型的温度，避免发生冷加工现象，对必需的冷加工应进行应变时效试验，这样才能避免20钢等高压管道脆断的发生。     

Effect of High-Pressure Coolant Supplies when Machining Nickel-Base,Inconel 718, Alloy with Ceramic Tools

Chip breakability is significantly improved with the use of high pressure coolant supply. This is a result of the reduction in the tool-chip contact length during machining as the coolant under high pressure lifts the chip up after passing the deformation zone. Increasing the coolant pressure results in shorter ceramic tool life when machining Inconel 718 suggesting that the high pressure coolant supply reduces temperature at the cutting zone below a critical level where ceramic tools can perform satisfactorily. The inadequate fracture toughness of ceramic tools makes them more susceptible to failure by mechanical action such as notching at the depth of cut line and premature fracture. The notch wear rate increases with higher coolant supply pressure due to significant erosion of the tool material by the high pressure coolant jet. This mechanically related failure mode occurs on a random basis leading to inconsistency in tool performance, accelerated by fluctuations in thermal and mechanical properties when machining under high pressure coolant supplies.     

Multiple manifolds analysis and its application to fault diagnosis

A novel approach to fault diagnosis is proposed using multiple manifolds analysis (MMA) to extract manifold information from the vibration signals collected from a mechanical system. The basic idea of MMA is to reconstruct a manifold by embedding time series into a high-dimensional phase space. The tangent direction of the neighborhood for each point is then used to approximate its local geometry. The variation of the multiple manifolds representing different states of the mechanical system can be revealed by performing multi-way principal component analysis. The vibration signals acquired from roller bearings are employed to validate the proposed algorithms. Test results show that the proposed MMA-based approach can interpret different machine conditions and is effective to the fault diagnosis, and the MMA-based fault clustering and trend analysis algorithms have outperformed the conventional fault diagnosis methods.     

发生桩基沉降在役压力管道的断裂失效风险分析

含缺陷管道和压力容器的安全评定是石油化工行业中的一个重要课题，断裂力学的出现和发展为它们的安全评定提供了有力的手段。充分考虑工况载荷、缺陷尺寸、断裂韧度、机械强度等参数的不确定性，根据R6双判据准则，通过Monte Carlo模拟方法对发生桩基沉降的管道进行了失效风险分析，得到它的失效概率，对于掌握发生桩基沉降管道的安全可靠性具有一定的实用价值。     

铜-10%石墨复合材料的载流摩擦磨损行为

用冷压烧结粉末冶金法制备了铜-10%石墨复合材料;对复合材料进行了拉伸、冲击试验;用SEM、电滑动磨损试验机等分析了材料的断口形貌和载流摩擦磨损性能,探讨了其磨损机理。结果表明:由于铜-10%石墨复合材料中石墨含量较高,该材料的拉伸断裂为脆性断裂;在非载流条件下,试样的磨损量随着试验载荷、滑动速度的增加而增大;载流30 A条件下,由于电流产生大量的电弧热促进了石墨的润滑作用,与非载流相同磨损条件结果相比摩擦因数降低、磨损量减小。     

高温高压注气管线破裂原因分析

通过宏观形貌、化学成分、水质、金相组织、力学性能、X射线衍射、扫描电镜观察分析得出，高压热采注汽管线的最终破裂原因是氢脆造成。但是在氢脆发生前注汽管线首先产生了不均匀的局部腐蚀，氢脆伴生于局部腐蚀产生的。     

弹载计算机橡胶阻尼减振器隔热设计研究

弹载计算机工作环境极端恶劣,同时存在大振动、强冲击的机械环境和小空间、密闭式的高温环境,且其安装位置通常位于发动机附近,减振、隔热设计是弹载计算机设计的关键也是难点。文中针对某弹载计算机橡胶阻尼减振器的隔热设计开展研究,提出了隔热垫和转接板两种隔热设计方案,并基于计算机安装座的实测温度变化曲线,利用仿真分析验证了两种方案的适用情况。文中结论可为弹载计算机减振隔热设计提供一定的参考。     

压力对反应合成TiB2-Cu基复合材料力学性能的影响

利用Ti，B和Cu粉的放热反应原位合成了TiB2-Cu基复合材料，研究了高压压力对复合材料力学性能的影响。结果表明，随着高压压力的提高，材料的致密度、抗弯强度、断裂韧度和硬度均有所提高，这是因为压力的提高导致了材料微观组织的细化，促进了材料的致密化。高的压力有利于获得更好的力学性能。     

高压止回阀断裂失效分析

对某公司氢氮压缩机出口管道高压止回阀上流腔体失效的材料进行理化性能试验研究，判断出断口属脆性疲劳断裂，并借助ANSYS软件对结构进行有限元分析，通过对计算结果与试验结果进行对比，综合分析失效的根本原因，为以后高压止回阀的安全经济运行提供指导。     

油田用高压注水泵的定制寿命设计

定制寿命设计方法将机械产品设计判据由强度的定性设计提高到寿命的定量设计。研究并掌握该设计方法对提高机械设计水平有重要意义,也是降低产品成本,提高产品市场竞争力的一个有力措施。这种设计方法可做到产品寿命参数的主动设计。本文结合高压注水泵进行了定制寿命设计分析,对高压注水泵关键零件进行了有限元静力学分析、模态分析、疲劳寿命分析和疲劳损伤分析等。结果表明,本文分析的高压注水泵具有足够的静强度和疲劳寿命,分析计算结果为进一步确定零件的尺寸、形状和精度等提供了有效的参考依据。