基于AMESim的平台隔水管张紧器建模与仿真研究

在简要介绍深水平台隔水管张紧器结构和工作原理之后,通过分析张紧器气体状态参数变化规律、液压管线压降及液压缸内摩擦力,得到张紧力及张紧器刚度计算公式。以建立的数学模型为基础,基于AMESim软件建立张紧器仿真模型,并以国外一种直接作用式张紧器为例进行实例计算,研究不同参数对张紧器性能的影响。研究结果表明,张紧力随活塞冲程的变化是非线性的,但线性化的张紧力变化曲线与非线性变化曲线基本一致,张紧器的特性类似线性弹簧;高压气体体积和压力对张紧力和张紧器刚度变化起主要作用,增大空气瓶体积不影响张紧器活塞零冲程位置的张紧力,但可以减小张紧器刚度并减缓刚度随活塞冲程的变化,增加张紧力的稳定性。     

海底泥浆举升叶片圆盘泵轴向力预测

为计算海底泥浆举升叶片圆盘泵的轴向力,采用RNGk-ε方程湍流模型和标准SIMPLE算法对模型泵内全流道三维湍流进行数值模拟。在水力性能试验验证的基础上,得到轮毂轴端及叶轮表面的静压力分布,并预测叶轮轴向力。结果表明：叶轮内表面静压分布较均匀,前、后盘静压分布基本相同,叶轮内表面压力分布不均所产生的轴向力占总的轴向力比例很小;叶轮前、后盘外表面压力分布存在明显的不一致,特别是在泵出口附近,叶轮后盘压力要明显大于前盘压力,叶轮所受总的轴向力主要由叶轮前、后盘外表面压力分布不均产生。     

磁力传动离心管道泵轴向力计算

分析了磁力传动离心管道泵工作时５ 种轴向力产生的原因, 并推导了轴向力的计算公式。对２００ＣＹＧ—６０ 型磁力传动离心管道泵轴向力的实例计算表明, 由零部件重力和后密封环处及内磁钢体与外磁钢体错位产生的轴向力并不大, 且动反力能抵消部分轴向力, 关键是内磁钢体上下受压面积不同引起的轴向力较大。提出了平衡轴向力的２ 项具体措施：（１） 加大后密封环的尺寸, 使部分后密封环对应的前盖板受到向上的轴向力;（２） 采用能承受轴向力的滚动轴承, 这样既对泵轴起定位作用, 又改变了悬浮状态的工作状况。     

链条抽油机的换向冲击与预防

链条等传动件的联结松弛是导致链条抽油机换向冲击的主要原因。冲击造成机件损坏的过程缓慢而渐进， 达到一定程度可导致链条断脱、特殊链节失效、链轮轴滚键等事故。由此，提出如下预防措施（１） 提高链轮加工精度（ 特别是链轮节距精度） 和工作面硬度， 以及链轮轴的安装平行度和对正度；（２） 提高链轮轴支撑刚度；（３） 把张紧链条的千斤螺丝由２ 个改为４ 个， 可使操作轻便、安全；（４） 链轮轴上的圆弧形键槽改为轴全长上的直槽， 并把平键改为斜键；（５） 选用夹壳式联轴器；（６） 采用硬齿面减速器。     

12V190型柴油机风扇的自动控制

文章叙述的是柴油机风扇的自动控制,随着柴油机的工作水温可以自动地摘挂风扇离合器。在没有节温器的柴油机上,它既可以充当节温器的作用,同时节省了风扇功率,保证了柴油机的工作温度;在有节温器的柴油机上,它还具有节省柴油机功率的作用。     

导管架节点裂纹的卡箍加强维修

南海东部海域某平台导管架水下X撑检测出裂纹,在确定无法用打磨方式进行修复的情况下,决定采用张紧式灌浆卡箍进行修复。介绍了采用灌浆卡箍、机械式卡箍、张紧式灌浆卡箍修复海洋平台受损杆件的结构形式以及优缺点;结合工程案例,论述了张紧式灌浆卡箍滑移力、螺栓张紧力、卡箍环空中水泥强度等的设计计算方法,并给出了计算结果。工程应用表明,采用张紧式灌浆卡箍修复导管架X撑裂纹,达到了良好的预期效果,满足了结构强度的要求;另外,相对于其他水下焊接修复技术,采用卡箍进行维修的方案具有作业风险小、维修后结构设施更加安全可靠、适应性更广等优点。     

天车导轮轴向限位计算

以海洋动态井架的天车为例，推导了天车导轮所受轴向力的计算公式；总结了导轮轴向限位挡圈的验算过程；系统地提出了天车导轮的轴向限位计算方法，本方法也适用于其它天车的导轮轴向限位计算，对提高天车的可靠性有一定实用价值。     

深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析

深水钻井中,若底部隔水管总成与防喷器紧急脱离,隔水管会反冲,易导致钻井事故。为了解隔水管紧急脱离后的反冲响应规律,分析了隔水管反冲产生的原因及反冲响应过程,明确了隔水管反冲响应的机理和关键影响因素。在此基础上,建立了隔水管张紧器及钻井液下泄分析模型,以探究张紧力随活塞冲程变化的规律及钻井液下泄时作用在隔水管上的摩擦力随时间变化的规律。综合考虑各关键影响因素,基于ANSYS有限元分析软件,建立了隔水管反冲响应分析模型,并以1 500 m水深钻井中的隔水管为例,计算、分析了不同紧急脱离时刻和顶部张紧力条件下的反冲响应。分析结果表明,与防喷器紧急脱离后,隔水管在顶部张紧力作用下加速向上反冲,伸缩节冲程减小。研究认为,紧急脱离的时间与顶部张紧力的大小对隔水管反冲响应有重要影响,因此应合理选择紧急脱离时刻和顶部张紧力,以保证紧急脱离条件下深水钻井隔水管系统的作业安全。      

关于套管所受浮力问题的讨论

在水泥浆未固结前,套管在其中受到浮力和重力的双重作用,产生三轴应力状态。传统观点认为浮力是集中作用于套管底面,但这会令套管三轴设计产生安全隐患。通过分析任意截面上套管微元的受力状态,区分所受真实轴向力与有效轴向力的概念,明确所受浮力是分布力还是集中力的问题。针对相关文献上的不准确论述,从材料力学的角度进行了更正和一些细节上的解释说明。最后,利用三轴强度校核理论,特别针对弯曲套管段,推导出新的三轴抗拉强度公式,指出和补充了行业标准的错误和不足。研究结果对套管设计有一定的指导作用。     

喷油嘴紧帽轴力测试及拧紧工艺研究

研究了扭矩法和扭矩-转角法两种紧固件装配方法及其轴力散差,对采用扭矩法装配喷油嘴紧帽的某国产喷油器进行了喷油嘴紧帽轴力测试,得到其轴力散差情况,根据扭矩法测试结果,设计扭矩-转角法装配工艺并进行测试,测试结果表明,采用扭矩-转角法装配喷油嘴紧帽可减少其轴力散差。     

加氢反应进料泵流量偏低与轴位移偏大关联性及原因分析

通过对渣油加氢装置反应进料泵轴位移偏大甚至超过推力轴承总间隙的问题进行检查、分析,认为与泵流量偏低是有关联的.其原因是,内部零部件的磨损造成内回流加大,既引起泵流量下降,又引起段间压力上升,破坏了轴向力的平衡,使得推力轴承承受了很大的轴向力,导致轴位移偏大.     

螺杆钻具轴承组优化设计

针对螺杆钻具轴承组容易出现磨损、断裂和卡死等现象,进行轴承组优化设计。分析推力轴承受力状况和轴向力计算,在轴向轴承的表面焊接PDC复合片,以取代滚珠,提高耐磨性;在轴承之间均匀布置碟形弹簧,以缓冲轴承受到的冲击力。采取这两个技术方案,可以进一步延长螺杆钻具的使用寿命。     

基于反冲响应的深水钻井隔水管张紧力计算方法

张紧力是深水钻井隔水管系统作业的安全的关键因素,尤其对隔水管系统紧急脱离作业安全影响显著,但目前的隔水管张紧力设计方法（包括API算法、底部残余张力算法以及下放最大钩载算法）均未考虑隔水管系统的反冲问题。为此,基于隔水管系统反冲响应,确定了隔水管张紧力设计准则,提出了张紧力修正API算法及计算流程,并通过实例分析验证了修正API算法的可行性。研究结果表明,修正API算法可为隔水管系统提供合理的张紧力,改善了隔水管紧急脱离反冲过程中的隔水管底部总成位移、张紧器冲程以及有效张力波动范围,从而提高了紧急脱离后隔水管系统的安全性,有效保证了深水钻井隔水管系统紧急脱离作业的安全。      

卷轴铺设中立管非线性有限元分析及参数控制

深水卷轴铺设系统中立管的结构强度及张紧力等参数是铺设过程中需要严格控制的关键参数。结合我国南海某深水气田开发的具体工程背景,利用ABAQUS有限元软件成功模拟了立管卷轴铺设中上卷、退卷及经过校准器的3个非线性过程,分别给出了3个过程中立管所受到的张紧力大小、应力云图及应变云图,并验证了该工程背景下卷轴铺设各参数选择及控制的合理性。非线性有限元分析结果及所得到的卷轴铺设过程中张紧力等各参数的变化规律,可为深水立管卷轴铺设提供技术参考。     

隔水套管张紧系统配置方案分析

以91.44 m自升式钻井平台为目标,采用有限元软件对90 m水深的隔水套管在不同顶部张力的情况下进行力学分析,给出了隔水套管的优化配置及顶部的推荐张紧力和行程。将受到顶部张力的隔水套管简化为位于垂直平面内的梁模型,入泥端简化为固定铰支约束,选用Pipe31单元进行分析。分析结果表明,自升式平台用套管张紧器的配置应根据系统的具体工况进行分析,确定隔水套管的配置,然后按API 16Q规范的设计准则确定张紧器的额定张紧力和油缸行程;随着隔水套管顶部张紧力的增加,隔水套管的横向变形、泥线处弯矩都相应减小。     

钻井隔水管张紧系统

隔水管张紧器是近海钻井作业的重要部件,但过去为钢丝绳总成式结构,最大张紧力受到钢丝绳和滑轮直径限制,其钢丝绳维修强度大,钢丝绳切割和倒绳时移放很困难,尤其是大直径钢丝绳。美国液举(Hydralift)公司开发出一种新型钻井隔水管张紧系统(DRTS),与旧式结构相比较,具有操作维修费用低,可直接控制隔水管及重绕作业,台面空间大,重心垂直位置低等诸多优点。     

浅水新型FPSO张紧式多点系泊系统时域分析

为了确定新型圆角倒棱台形FPSO(IQFP)的系泊系统方案,进一步研究浅水张紧式多点系泊系统的基本特性,考虑风、浪、流的联合作用,对IQFP张紧式多点系泊系统进行了作业工况和生存工况下的时域耦合运动响应分析,得到了浮体运动和系缆张力的时历曲线。研究结果表明,浮体的水平偏移和系缆的张力都符合规范要求,系泊性能优良。在此基础上,通过谱密度分析,从能量角度对浅水张紧式系泊特性进行分析。分析结果表明,与悬链线式系泊相比,采用张紧式多点系泊的浅水IQFP的浮体低频运动响应很微小,而系缆张力中波频力和低频力所占比例几乎相同,从而进一步验证了张紧式多点系泊系统适用于浅水海域的优越性。     

大位移井套管轴向力对套管挠度的影响

大位移井套管在重力效应作用下使套管偏心并产生挠曲变形,大幅降低水泥浆的顶替效率,影响固井质量,现场一般采用安装扶正器的方法改善套管的偏心;而两扶正器间的套管在井斜的影响下,套管自重会在轴向上产生一定的分力,井斜角越大其分力越大,对套管的挠度产生的影响也越大。采用纵横弯曲梁理论建立了套管挠度计算模型,并定义了挠度影响因子的概念,在此基础上研究了挠度影响因子随轴向力的变化规律及轴向力对套管挠度的影响。研究结果表明:在轴向力对套管挠度的影响方面存在1个临界力,小于临界力时轴向力对套管挠度的影响可以忽略,大于临界力时轴向力对套管挠度的影响显著;临界力的大小与扶正器间距、套管的弹性模量以及套管截面的轴惯性矩的相关性可以忽略。研究结果间接证明:大位移井中下套管作业时,现场利用套管的自重使套管下入预定深度的正确性,可以有效地减小两扶正器间套管的挠曲变形,并对大位移井扶正器的优化设计具有一定的指导意义。     

轴力对套管临界外压影响的研究

本文用塑性方法和薄壳弹塑性稳定理论,导出了在轴力和外力共同作用下,套管弹塑性失稳的临界外压计算公式,并得到了临界外压与应力比关系曲线和临界外压与轴力关系曲线。对轴向拉力和压力对临界外压的不同影响也进行了讨论。     

可膨胀管旋转膨胀系统设计研究

早期的膨胀锥在应用于实体管膨胀时，不但需要较大的轴向力，而且存在套管膨胀后的轴向尺寸会有较大的减小等难题。文章根据旋转膨胀系统结构中滚轮上所受的压力、滚轮轴强度、所需的液体压力及活塞直径等参数，从保证套管能被顺利膨胀出发，结合工程实际，建立了力学分析模型，并设计了旋转膨胀系统的具体结构，对主要零件及主要参数（本体、活塞、滚轮轴、滚轮等）进行了强度设计和尺寸设计。所设计的整套膨胀系统在钻压作用下沿轴向有一位移，同时限压阀因为压力降低而复位，液体压力再次逐渐升高，这样就完成了一个周期动作。上面的动作周而复始，形成了一个连续的膨胀过程，从而完成对套管的膨胀作业。