煤层气带压修井用气胎式环形防喷器设计

为了满足煤层气带压修井快速作业的要求,解决原有环形防喷器胶芯磨损严重,需要频繁更换的问题,设计一种气胎式环形防喷器。该防喷器利用空气压缩原理,实现了油管接箍的快速通过;壳体和胶芯采用顶丝和花键连接,方便胶芯更换。采用有限元分析方法对该环形防喷器的关键部件胶芯的密封性能进行分析,得到胶芯密封压力随控制压力的变化规律,分析胶芯破坏的原因和破坏形式。结果表明:随着控制压力的增加,气胎式环形防喷器的密封压力逐渐增加,当控制核动力为4 MPa时密封压力稳定在7 MPa左右,满足作业中的密封要求;胶芯的中上部位置压力最密集,容易出现溢流现象,应加强该部位的硫化。     

连续油管防喷器闸板导向结构优化设计

为提高井控安全设备的使用性能，针对连续油管在结构设计和使用过程中的特殊性，对连续油管闸板防喷器的核心部件——管柱密封闸板总成的导向结构进行了优化设计，其中包括闸板前端导向块厚度、导向角度，底部导向槽的结构尺寸以及与闸板总成配合的导向杆的结构尺寸的优化设计。在保证闸板防喷器密封可靠性的同时，避免了在进行管柱密封过程中对闸板总成和连续油管造成损伤。经导向试验证实，优化后的管柱密封闸板总成的导向能力有大幅提高，增强了连续油管闸板防喷器的安全可靠性。     

闸板防喷器胶芯密封参数算法研究及结构要素优化

闸板防喷器胶芯密封参数算法研究及结构要素优化林军，伍开松（西南石油学院）１前言闸板防喷器封井，主要由固联于闸板总成的胶芯来完成。工作时，高压油井入油缸关闭腔，推动左右闸板总成，同时向井口中心移动，致使胶芯前部像胶环状部分与钻具以及左右闸板胶芯前部橡肢...     

快卸式筒形防喷器的研制

为满足修井和带压作业用防喷器需密封多种规格钻具,频繁更换胶芯以及过油管和油管接箍的要求,研制快卸式筒形防喷器。该防喷器采用锁块式连接,内外复合胶芯结构。应用非线性有限元方法,分析胶芯的密封性能以及胶芯接触压力与液控压力和胶芯厚度的关系。试验测试和现场应用表明,该防喷器具有体积小、开关迅速、液压流量小、更换胶芯方便快捷、密封范围大、密封安全可靠的优点,具有广泛的市场应用前景。     

封井后提放钻杆过程中球形防喷器胶芯力学行为*

球形防喷器封井后强行起下钻作业极易导致胶芯密封失效,为研究动密封过程中防喷器胶芯失效机制,基于橡胶大变形理论建立球形防喷器动态密封数值模型,探究球形防喷器胶芯在封井和起下钻过程的应力分布和失效模式。结果表明：球形防喷器密封钻杆后,胶芯内壁会产生条状褶皱,支撑筋下板块拐角处产生鼓点状应力分布,颈部和背部存在应力集中现象;当钻杆倾斜时,钻杆与胶芯接触密封区也发生倾斜,胶芯左右两侧应力小幅增大;起下钻过程中,胶芯内壁的条状应力集中变为片状分布,钻杆接头进出密封区域时,接触应力发生突变。     

无隔水管泥浆回收钻井系统吸入模块密封胶芯非线性摩擦接触分析

建立无隔水管泥浆回收钻井系统密封胶芯及钻具二维轴对称有限元模型,使用非线性有限元方法计算密封胶芯与钻具间的接触压力大小,验证密封胶芯在无隔水管泥浆回收钻井中的可行性。研究摩擦因数变化对接触压力的影响,分析密封胶芯Mises应力峰值和钻具与胶芯间的摩擦力分布规律。结果表明:摩擦因数与胶芯密封面和钻具间的接触压力成非线性关系,胶芯主密封段接触压力随摩擦因数增大而减小,而胶芯锥形密封段和凸鼻形密封段的接触压力随摩擦因数增大而增大;胶芯Mises应力随摩擦因数增大而变大,且胶芯与钻杆接头上端接触时Mises应力峰值最大,容易导致胶芯破坏;胶芯与钻具间的接触面积基本不随摩擦因数变化而变化,摩擦力随摩擦因数的增大近似成线性增加;胶芯与钻杆接头接触时,摩擦力较大且增长显著,说明胶芯与接头接触时更容易发生磨损。     

闸板防喷器可控柔性密封性能分析

通过对闸板防喷器可控柔性密封的工作环境、密封原理的分析,提出采用丁腈橡胶作为密封基体、聚酰胺材料作为耐磨体组成的可控柔性密封胶芯结构,可大大减少密封橡胶的磨损量,延长胶芯的工作寿命。结合开关型可控柔性密封工作原理,建立胶芯的数值分析模型,通过运用Cosmos和Ansys分析软件对所建模型进行有限元分析。分析结果表明胶芯整体受力和变形满足设计要求,分析结果与实际胶芯的破坏部位相吻合。     

带压作业修井机油管管箍检测技术研究

传统的压井和放喷作业不利于油气资源的可持续发展,这就需要用全新的方式去对待井下作业,带压作业修井机能较好地满足这一要求。环形防喷器是实现带压作业隔离井内高温高压的关键部件,当提升或下入管柱,管箍通过环形防喷器时,要对管箍进行检测。对油管管箍检测技术进行了理论分析和实验验证。此技术可以延长环形防喷器胶芯的工作寿命,节约成本,提高了带压作业的安全性和可靠性。     

表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过环-块式摩擦磨损试验研究了表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析了磨损形貌及机制。结果表明:其摩擦因数与电弧行为密切相关,无电弧时摩擦因数曲线平滑;对磨环的表面粗糙度越大越容易产生电弧,电弧的烧蚀导致块试样的磨损加剧;不同表面粗糙度下均存在临界起弧法向压力,且随着表面粗糙度的增大而增大;载流摩擦副的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损、电弧烧蚀及材料转移。     

铜/铬青铜摩擦副磨损表面形貌与电弧的相互作用关系

为探究载流摩擦磨损过程中摩擦副磨损表面形貌与电弧的相互作用关系,在HST-100高速载流摩擦磨损试验机上以铜/铬青铜为摩擦副进行载流摩擦磨损试验。用三维形貌仪测量磨损表面粗糙度,并通过扫描电子显微镜分析试验后销试样表面形貌。结果表明:起始表面粗糙度在磨损初期对电弧能量、摩擦因数有影响,在磨损中后期其影响并不显著;表面粗糙度与燃弧率有一定的正相关性,表面粗糙度较大时,燃弧率与电弧能量较大,表面粗糙度降低,燃弧率与电弧能量也随之降低;质量磨损率呈现"U"形变化,摩擦因数则先降低后升高;磨损初期,磨损机制主要是黏着磨损,没有明显的电弧侵蚀作用,磨损中后期,电弧侵蚀越发严重,出现电弧烧蚀坑,并造成熔融堆积。     

多因素影响的格莱圈材料摩擦磨损试验研究*

格莱圈由聚四氟乙烯(PTFE)矩形滑环和丁腈橡胶(NBR)O形圈组成。为了研究不同因素对于格莱圈密封材料摩擦磨损性能的影响,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机,通过改变往复频率、粗糙度、润滑状态研究格莱圈材料与45钢配副时的摩擦磨损性能,利用SEM对试块试验前后表面形貌进行观测,并对摩擦磨损机制进行分析。试验结果表明:在干摩擦和滴油润滑条件下PTFE材料相比NBR材料具有更为优异的摩擦磨损性能;NBR材料表面粗糙度过高或过低都会导致摩擦因数升高,表面粗糙度对具有自润滑性能的PTFE材料的摩擦因数影响不大;高往复频率会使NBR材料摩擦因数降低,过高或过低的往复频率都会使PTFE材料摩擦因数降低;NBR材料的磨损形式以磨粒磨损和黏着磨损为主,PTFE材料以黏着磨损和疲劳磨损为主。     

旋转式油管刮削器的研制

针对不压井作业过程中,油管内壁结垢严重,难以使堵塞器下到井内预定深度的情况,研制了一种旋转式油管刮削器。在使堵塞器下入井内之前,使用旋转式油管刮削器对油管内壁进行预处理,有效地提高了油管封堵成功率。     

表面粗糙度对配流副润滑特性的影响

为研究表面粗糙度对轴向液压柱塞泵马达配流副润滑特性的影响,引入Weierstrass-Mandelbort分形函数,对不同幅值的表面粗糙度的表面形貌进行二维和三维模拟,建立考虑表面粗糙度的流固热耦合下的配流副油膜润滑模型,采用中差分形式的有限差分法和松弛迭代法对其进行数值求解,并分析油膜厚度、油膜压力、油膜承载力、摩擦因数等性能参数随着表面粗糙度幅值变化的规律。通过盘-盘形式的配流盘-缸体摩擦磨损试验,得到不同幅值的表面粗糙度下配流副摩擦因数,对所建立的数学模型进行验证。数值计算结果表明,表面粗糙度幅值的增大会引起油膜承载力增大,但也会引起最大油膜压力和摩擦因数的增大,导致摩擦性能下降。摩擦磨损试验发现,表面粗糙度增大,配流盘表面摩擦磨损情况加剧,配流副润滑性能和耐磨性能整体降低。因此在配流盘表面加工处理中,应适当降低其表面粗糙度。     

精密下料中圆形锤头棒料摩擦副的摩擦学性能分析

针对精密下料中存在的圆形锤头棒料摩擦副磨损严重问题，借助WTM-2E型可控气氛摩擦磨损试验仪，研究了不同转速和不同质量分数纳米MoS2添加剂下的GCr15钢块45钢柱摩擦副的摩擦磨损性能。结果表明：随着上摩擦副(45钢柱)的转速增加，磨损行程变长，摩擦因数和磨损量呈减小趋势，磨损表面形态由黏着磨损转变为磨粒磨损。采用声发射技术对摩擦副表面磨损状态进行实时监测，定量确定出质量分数为0.5%的纳米MoS2添加剂的减摩抗磨效果最佳。     

Tribological behaviour of high alloy corrosionresistant steels and hard alloys undergoing oscillating sliding friction in water at 20 and 300°C

The coefficients of friction, the friction surface roughening and the mechanisms of wear for 11 metallic materials (high alloy steels and commercially available wear-resistant iron-, nickel- and cobalt-base alloys) were determined by friction tests performed in water at 20 and 300°C. The material combination 1.4550/1.4550 showed adhesive wear and coefficients of friction f of up to 1.6 at low surface pressures. Pure abrasive wear was found with seven hard alloy combinations. Typical curves of the coefficient of friction as a function of the number of friction cycles were obtained with both adhesive and abrasive wear. Short-term tests allowed the tendency of a material combination to adhesive wear to be determined. It was also found that the form of the curve of the coefficient of friction as a function of the number of friction cycles indicated which wear mechanism was operating.     

TD法VC涂层与陶瓷和钢对摩时摩擦磨损性能对比研究

采用TD法在Cr12MoV冷作模具钢表面制备VC涂层,在摩擦磨损试验机上考察VC涂层与钢球、钢柱和陶瓷球配副时的摩擦磨损性能,利用扫描电镜、粗糙度测量仪和X射线衍射仪(XRD)分析涂层磨损前后表面及界面的形貌、表面粗糙度和物相组成.结果表明,与不同摩擦副配副时,VC涂层摩擦因数随着磨损时间增加先增大后趋于平稳,磨损率随着磨损时间增加而减小,其中与钢柱配副时摩擦因数最小,磨损率最低.与不同摩擦副配副时,VC涂层磨损机制与失效形式不同,与钢球配副时VC涂层磨损机制为磨粒磨损,失效形式为划痕和剥落坑;与钢柱配副时VC涂层磨损机制为黏着磨损和疲劳磨损,失效形式为犁沟和片层状剥落;与陶瓷球配副时VC涂层磨损机制为氧化磨损,失效形式为脆性断裂.     

水平井裸眼封隔器密封结构优化研究

针对水平井压缩式裸眼封隔器存在的密封性差、坐封力低、胶筒与井壁间存在间隙等问题,对其密封结构进行改进与优化,设计出一种凸球形隔环和凹球形胶筒组相结合的新型密封结构。运用 ABAQUS 软件模拟密封结构封隔器胶筒的坐封情况,获得胶筒组轴向接触压力的分布规律,并分析胶筒硬度和摩擦因数对接触压力的影响。结果表明：新型密封结构凸球形隔环在轴向压缩胶筒的同时也起径向压缩作用,提高了胶筒与井壁和中心管间的接触压力,增强了封隔器的密封性能;胶筒与井壁间的接触压力随着胶筒硬度和摩擦因数的增大而增大,但过大的摩擦因数会导致下胶筒接触压力明显减小,应选择硬度和摩擦因数合适的胶筒,从而保证封隔器的密封可靠性。     

表面粗糙度对边界摩擦与磨损性能的影响

本文实验研究了表面粗糙度对线接触ＧＣｒ１５钢摩擦副的边界摩擦与磨损性能的影响。实验所采用的润滑剂为３０号机械油加１％的硬脂酸。实验结果表明：存在一最佳表面粗糙度级别，在此级别下，摩擦副的边界摩擦系数最小，耐磨性能最好。