连续循环系统压力腔流场数值模拟分析

利用CFD软件建立了连续循环系统主机压力腔内部流场数值模型,对不同因素引起的压力腔内部流场变化和扰动进行了分析和比较。在泥浆循环流量达到3000 L/min时的计算结果表明：压力腔内的泥浆对接头螺纹的冲刷作用明显,最大冲刷速度接近10 m/s;当闸板关闭时,泥浆对闸板下端面的最大冲刷速度可达到8 m/s;当闸板和钻杆运动速度控制在合适范围时,因流域形状改变引起的压力变化幅度约为0.05 MPa,不会引起明显的压力扰动;钻杆水眼尺寸越大,通流能力越强,部件运动引起的流场扰动越小。上述分析结果为优化压力腔内结构设计以及闸板和钻杆运动控制等提供了依据。     

方钻杆旋塞阀流场的三维数值模拟研究

以Ф114.3 mm整体式方钻杆旋塞阀为例,采用CFD软件对其速度场和压力场进行数值模拟研究,以揭示流场的速度和压力分布,弄清流体在球阀关闭过程中的变化规律。建模时采用有限体积法对控制方程进行离散,用Quick格式处理对流项,压力修正采用二阶格式,方程组的求解采用分离求解和Simple算法。研究结果表明,旋钮水平面处的作用力存在3 MPa差异,增加了该处的疲劳损坏,使得裂纹沿水平面扩展;方钻杆旋塞阀的失效形式均与流场数值模拟计算结果一致,说明流场数值模拟结果是正确的。     

完善中的YQ－300型液压旋扣钳

概要介绍ＹＱ－３００型液压旋扣钳的研制、特点和改进。实践证明，改进后的该钳具有旋扣扭矩大，夹紧机构对钻杆无刻痕损伤，液压系统设计独到。     

完善中的YQ—300型液压旋扣钳

概要介绍ＹＱ－３００型液压旋扣钳的研制、特点和改进。实践证明，改进后的该钳具有旋扣扭矩大，夹紧机构对钻杆无刻痕损伤，液压系统设计独到。     

带压作业闸板防喷器关键部件的有限元分析

带压作业闸板防喷器的关键部件是密封胶心和壳体,分别采用尼龙与帘线-丁氰橡胶复合材料和合金钢锻件制造。以SolidWorks及Cosmos有限元软件为平台建立了数值模型,对胶心和壳体进行了受力数值模拟计算。计算结果表明,在20MPa的压力作用下,胶心接触压力最大值位于尼龙下端棱角位置,达9.7MPa,橡胶翼板无明显应力集中现象,胶心结构强度满足要求;壳体在系统压力为35MPa时,其内壁最大应力为222MPa,安全系数为2.8,满足设计要求。有限元数值模拟为带压作业闸板防喷器的设计提供了参考依据。     

海洋钻机钻杆自动排放系统控制方案设计

对钻杆自动排放系统驱动装置的液压及电气控制方法进行了设计和分析,绘制了电气及液压控制原理图,并合理选择了主要电气和液压元件。     

卡箍式水下连接器着陆缓冲过程仿真分析

卡箍式水下连接器稳定的着陆过程将有效减小着陆时连接器对密封圈的冲击,进而避免密封失效。通过Matlab仿真软件对连接器缓冲机构进行建模,针对其关键环节进行多参数模拟。模拟结果表明,由液压系统组成的缓冲机构能够有效起到缓冲连接器平稳着陆的效果,相比没有缓冲机构的连接器着陆时的冲击减小90%;缓冲机构中节流阀对缓冲机构液压系统起到了保证压力平稳的作用,当其开度为200 mm2时缓冲效果最好,稳定时间缩短70%;减压阀能够有效降低接触时液压系统的压力峰值,当调定压力为20 MPa时连接器着陆时的接触速度降低约50%。弹簧机构的引入,虽然使缓冲时间延长近80%,但是明显减小了着陆时的冲击,改善了缓冲机构的缓冲效果。研究结果为卡箍式水下连接器着陆缓冲机构的深入研究提供了参考依据。     

四履带张紧器履带夹紧控制系统及其控制方法

四履带张紧器是深海脐带缆铺设系统中的关键设备,履带夹紧控制技术又是张紧器的核心技术。结合已设计的85 t四履带张紧器履带夹紧机构的机械和液压方案,配套设计了履带夹紧机构控制系统及其控制方法。陆地动负荷试验数据表明,85 t四履带张紧器四条履带的夹紧液压油缸工作压力实测值均达到了预期设计要求,可以实现四条履带对脐带缆的恒定夹紧力控制;在应用85 t四履带张紧器协同卷轴安装系统完成海底管道上卷至滚筒工作的海上试验中,实现了对管径6 in管道的上卷与铺设,进一步验证了履带夹紧控制系统的性能。     

钻杆立柱排放机械手设计及有限元仿真分析

为减轻石油勘探钻井过程中起吊排放钻杆立柱时的劳动强度,提高生产效率,设计了钻杆立柱排放机械手。设计了齿轮齿条传动与蜗轮蜗杆传动相组合的平移回转机构,以及平行四边形四连杆机构和变型椭圆仪机构相组合的伸缩机构,并对伸缩机构进行了受力分析,确定了伸缩机构运动过程杆件受力变化情况。对机械抓手进行了原理设计和力学分析,建立了机械抓手三维实体模型,并进行了运动分析和有限元强度分析。分析结果表明,伸缩机构各杆件受力极限值得到确定;机械抓手运动符合设计要求,最大变形量为0.13 mm,最大工作应力约为124 MPa,小于材料屈服极限,满足设计要求。     

Y341-114型注水封隔器胶筒与套管摩擦力试验研究

目前在细分层注水管柱的力学分析中,封隔器胶筒对套管的摩擦力大多使用估计值或数值模拟分析结果,很少有精确的试验数据,无法适应细分层注水技术对封隔器在井下位置精确计算的要求。设计封隔器胶筒模拟试验装置,对测定胶筒与套管的摩擦力大小具有重要意义。试验结果表明:压力在4～17MPa时,胶筒与套管的摩擦力与轴向加压压力基本呈线性关系;在无润滑条件下,当压力为17MPa时,单级封隔器对套管产生的摩擦力约30kN。为细分层注水管柱的力学分析提供了试验数据,有助于确保细分层注水工艺的稳定实施。     

深水多功能管道维修机具夹紧装置的研制

为了解决深水海域多功能管道维修机具作业时稳定夹紧管道以及刀盘与管道保持同心的技术难题,提出了"双臂"抱紧式自定心管道夹紧装置的设计方案。该方案由两组对称的平行四边形双摇杆机构和摇块机构组成;以运动和传动为约束条件,对夹紧装置几何参数的求解进行了研究,建立了夹持点摩擦力矩与驱动力关联力学模型;以管径介于304.8~457.2 mm的管道为实例,设计制造了夹紧装置及机具,并进行了水下作业ADMAS仿真及陆上切割与坡口试验。结果表明:①油气管道管径越小,夹紧装置摇块机构的传动角越小,液压缸行程和双摇杆机构的传动角越大;②夹紧装置驱动力随油气管道管径的增加而增加,当管径达到457.2 mm时,夹紧装置液压缸驱动力应大于10 219 N;③初始切割管道时,机具将产生微小晃动,使刀具进给量突然增大,此时应采用小进给方式;④陆上试验结果与理论设计和仿真结果的吻合度较高,验证了该方案的合理性。该项成果为相关工程样机的研制奠定了技术基础。     

海上钻井隔水导管打入作业溜桩深度预测

目前桩体施工溜桩深度预测主要集中在大直径超长桩的打桩风险分析中,对海上隔水导管施工溜桩机理和深度预测缺乏研究,存在作业盲目性和风险性。通过对海上隔水导管施工中导管与平台几何关系分析、导管极限承载力计算和溜桩机理分析,提出了海上隔水导管施工溜桩深度预测理论模型。溜桩深度预测理论模型在我国某海域油气田数口井的隔水导管施工作业中得到了成功应用,施工预测深度范围与实际溜桩深度基本一致,为隔水导管施工风险评估提供了理论基础,确保了海上作业的安全性。     

连续油管注入头夹块力学分析及结构优化

基于弹性力学理论,提出了一种组合材料的连续油管注入头夹块结构。利用ABAQUS对比分析了常规和组合材料夹块在相同条件下的接触压力分布规律,并对组合材料夹块结构的端面倒圆角半径、环向倒圆角半径进行了优选。分析表明:组合材料夹块结构更加有效地将夹持力传递给连续油管,使得连续油管的接触压力提高且分布均匀,有效地提高了夹持的可靠性。     

铺管船用张紧器张紧系统分析

铺管船用张紧器是海洋铺管船的关键设备,张紧器张紧系统是张紧器保持管线恒张力的保证。介绍了国内外铺管船用张紧器张紧系统现状,并加以分析,指出铺管船用张紧器张紧方式为在浅海采用螺旋夹紧、马达驱动,在深海采用液压缸夹紧、交流伺服电动机驱动。通过仿真,液压夹紧缸在快进、工进、保压、快退阶段均能达到系统要求;交流伺服电动机通过恒转矩的输出,在液压缸夹紧的前提下,对管线进行恒张力控制。分析结果表明,液压夹紧系统和电动机驱动系统满足系统的工作需要,系统稳定可靠。     

引进中直缝焊管生产线飞剪机液压系统分析

本文利用机电一体化系统控制逻辑分析法［１］，分析了引进中直缝焊管生产线飞剪机组的液压系统，对飞剪小车的驱动部分、主轴传动机构、进刀机构也作了简要分析，在控制逻辑分析中，给出了进刀机构电液伺服系统控制方块图。     

焊管生产线开卷机齿轮机构瞬态动力学分析

针对焊管生产线开卷机在使用过程中出现的齿轮机构断齿等失效现象,以某公司开卷机齿轮机构为研究对象,采用SolidWorks中Toolbox插件进行齿轮建模,利用有限元分析软件ANSYS Workbench中瞬态动力学分析模块Transient Structural对齿轮机构进行瞬态动力学分析。通过对齿轮机构进行材料分配、网格划分、边界条件及载荷约束后,得出最大Von Mises等效应力为204 MPa,小于齿轮的许用应力,最大等效应变为9.722 9×10-4 mm,且二者出现的位置相同。最大接触应力出现在靠近节线的齿根面附近,与齿轮最先出现点蚀位置相同。在接触状态云图中齿轮啮合过程中无粘结现象,接触状态良好。从最大等效应力随时间变化曲线图中可知,在主动轮与从动轮刚接触啮合时,所产生的等效应力最大。     

连续管注入头夹持块的夹持性能研究

为了从各类夹持块中优选出性能最优结构形式的夹持块,以目前常用的半圆形、四瓣式和V形夹持块为对象,分别进行了夹持块与连续管之间的摩擦阻力系数理论及试验研究,并对接触受力进行有限元分析,从夹持块夹持连续管产生的摩擦阻力和挤压力2个方面对比分析了这3种夹持块的性能。分析结果表明,半圆形夹持块摩擦阻力系数最大;V形夹持块摩擦阻力系数最小,且对连续管产生的挤压应力最大,因此综合性能最差;四瓣式夹持块对连续管产生的挤压应力最小,对连续管具有很好的保护作用,综合性能最好。     

气体钻井钻柱动态应力特征

气体钻井的循环介质为气体,黏滞效应远小于泥浆,因此气体钻井钻柱的失效情况比较严重。针对具有超细长比特征的全井钻柱,加入钻柱与井壁的碰撞模型,运用有限元节点迭代法,通过对碰撞冲击应力条件下气体钻井与泥浆钻井的动力学特性分析对比,探讨了气体钻井钻具的失效机理。分析表明,气体钻井的涡动频率和涡动速度明显高于泥浆钻井,气体钻井时钻柱与井壁的碰撞更为频繁且冲击应力比泥浆钻井更大,成为导致其钻柱失效的主要因素之一。     

裸眼完井中螺旋钻孔-射孔套管力学性能分析

结合套管室内材料试验及有限元仿真分析,分别对祼眼完井中螺旋钻孔-射孔套管在不同深度的直井和水平井中承受非均匀载荷的力学性能进行分析。结果表明,随着井深增加,垂直完井和水平完井套管所受的应力和最大位移都逐渐增加;在同一井深情况下,套管无孔、螺旋钻孔、螺旋钻孔同时射孔3种状态下,随着孔眼数量和孔眼面积的增加,套管最大位移增加,最小应力减小,应力集中加剧,应力集中是降低螺旋钻孔、射孔套管强度的主要因素。研究方法和结论可为合理选择、设计套管,确定套管钻孔和射孔的孔径、密度等提供一定的理论依据。     

井架构件的模糊可靠度评定方法

石油井架构件的应力和抗力在不同程度上都具有模糊性，都属模糊变量。采用模糊可靠性理论来评定并架构件的模糊可靠度，既能反映实际存在的模糊性和随机性，又能较好地融入专家的经验，使评定结果与实际尽可能相接近。为此，讨论了井架构件应力和抗力的概率分布规律，即构件应力为正态分布或近似正态分布，抗力通常为对数正态分布。就某一井架而言，因构件材料、截面尺寸已经确定，故已失去随机性，其抗力可通过测试得到。在忽略抗力的随机性而主要考虑其模糊性的前提下，给出了井架构件模糊可靠度的评定方法及计算实例。