闸板防喷器剪切力预测及刀具结构影响研究

闸板防喷器是井口控制装置的重要组成部分，需要确保其能够在紧急情况发生时及时剪断钻杆以实现安全封井。为探究闸板结构参数对剪切能力的影响同时实现准确预测，采用ABAQUS有限元软件的显式模块对构建的闸板剪切钻杆模型进行仿真计算，通过分析剪切运动过程确定闸板结构参数V形角、刃面倾角、刀具厚度及钻杆结构参数外径和壁厚，对不同结构参数下单个变量与最大剪切力的关系做变量仿真分析，给出考虑相关参数的最大剪切力预测最优结构模型，并对该刀具形式下的预测公式做出拟合。研究结果表明：所建有限元模型计算结果为1 143.9 kN,与试验值1 179.4 kN很接近；刃面倾角、钻杆管径和壁厚与最大剪切力呈正相关关系，V形角与最大剪切力呈负相关关系，刀具厚度对其影响可忽略；公式预测结果和仿真数据的平均相对误差为5.38%,满足工程实践要求。研究结果可为防喷器闸板的最大剪切力预测和刀具结构参数的优化设计提供一定参考。     

钻井防喷器剪切闸板剪切钻杆三维数值模拟

为了分析钻井防喷器剪切闸板结构因素对其性能的影响,以及剪切闸板在剪切钻杆过程中的三维力学行为,在分析防喷器剪切闸板结构原理基础上建立了剪切闸板不同型式的三维模型,采用ANSYS显示动力学对剪切闸板剪切钻杆井下三维力学行为进行数值模拟,并对上剪切闸板的下颚长短和刃角大小等闸板参数进行了分析。分析结果表明:上剪切闸板的长下颚型式在前段力稍微大些,但是后段由于长下颚的支撑,更易剪断钻杆;钻杆在承受拉伸载荷时更易剪断,而剪切试验中钻杆是处于无拉伸状态下,应适当提高剪切力;下剪切闸板为V形刃口比平刃口更有利于剪切钻杆,并有利于钻杆的回正;刃角分别为14°和20°时,后者在前期所需的剪切力较前者小,有利于钻杆的初始破坏。研究结果对于防喷器剪切闸板的优化设计具有一定的参考意义。     

基于流固耦合的闸板防喷器建模及有限元分析

为了更加准确地分析流体对闸板剪切力的影响规律,需要对闸板防喷器剪切钻杆进行流固耦合分析。以钻杆窜动和扭转2种动态工况为例,利用SolidWorks建立闸板防喷器三维模型,并对防喷器内部流体域进行有限元建模,输出到ANSYS Fluent进行有限元分析。结果表明:在闸板剪切钻杆过程中,流体达到稳态后,在钻杆窜动工况下,流体力随钻杆受载荷力增大而减小; 在钻杆扭转工况下,流体力随钻杆扭转角度而变化,在扭转90°时流体力最大。研究结果可为防喷器剪切闸板的剪切能力分析及结构设计提供参考。     

剪切闸板防喷器剪切力预测研究

防喷器是控制井内压力的安全设备,其中安装的剪切闸板在紧急情况下需要及时切断作业管柱才能确保实现安全封井。为了准确预测剪切闸板对钻杆的剪切能力,根据闸板剪切钻杆的工作机理及过程,以压应力公式作为理论基础,综合考虑闸板结构参数、钻杆性能参数及剪切工况参数,建立了闸板剪切力预测模型,并将预测方法应用于某型号剪切闸板剪切S135钻杆实例上以验证预测模型的有效性和可靠性。试验结果表明,利用文章所建立的预测模型计算出的剪切力数值与剪切试验得到的剪切力数据相对偏差在10%左右,满足工程实践的偏差要求。研究结果可有效弥补APISpec 16A中对于剪切闸板剪切能力预测评估的不足,并为防喷器剪切闸板的剪切力预测及结构设计提供了一定的理论依据。     

深水水下防喷器剪切能力分析方法及应用

深水水下防喷器剪切闸板在评估时相对复杂,在设计阶段通过剪切试验方法对剪切闸板进行剪切能力评估成本较高。鉴于此,以Von Mises屈服准则为基础,阐述了深水水下剪切闸板防喷器的动作原理和剪切过程,分析了剪切过程中活塞杆及活塞受力状况;考虑水深、隔水管内钻井液密度、井涌强度、钻杆钢级及关井压力的影响,给出了深水水下剪切闸板防喷器的剪切能力评估方法,并通过实例对该评估方法进行了应用。分析结果表明:提出的评估方法弥补了API Spec 16A中对于剪切闸板剪切能力评估的不足,评估方法计算的数值与厂家提供的数据误差在3%以内;防喷器剪切能力评估的关键是修正参数C_3,该值与防喷器类型及管柱特性等有关。研究结果可为深水闸板防喷器剪切能力评估及作业平台选择提供指导和借鉴。     

深水防喷器组自动剪切系统模拟分析

利用SimulationX系统仿真软件,对深水水下防喷器组自动剪切系统进行了建模及仿真分析。以南海某油气田的深水防喷器组自动剪切系统为例,利用其设备参数及现场反馈的数据作为输入参数,模拟了防喷器的水下蓄能器组部分失效时剪切闸板的封井过程,得到了系统实现封井所需的最少蓄能器配置。仿真结果对工程实际有重要意义。     

基于Johnson-Cook模型的剪切闸板性能仿真

目前有关剪切闸板性能分析多集中于闸板应力分析及钻杆参数分析，而对连续管规格、剪切闸板刃口夹角对剪切力的影响研究还不够系统和深入。为此，以Johnson-Cook模型为基础，建立了剪切闸板剪切连续管有限元模型，对剪切连续管过程中的剪切应力进行了分析，同时分析了连续管壁厚、长度及剪切闸板V形夹角等参数对剪切应力的影响。研究结果表明：随着连续管壁厚的不断增加，剪切力峰值总体呈上升趋势，在塑性变形阶段之前剪切力平缓上升，塑性变形之后上升幅度较大；随着连续管长度的不断增加，其剪切应力在不断减小，3 000 m以上连续管，剪切应力明显下降，主要原因是下端拉力在剪切作业中起到了主导作用；随着剪切闸板V形夹角的增加，剪切应力先减少后增加，V形夹角在158°时，上、下闸板应力最优。所得结论可为连续管剪切闸板的结构设计及连续管剪切性能分析提供参考。     

磨料射流切割替代剪切闸板的可行性研究

在高含硫油气田钻井作业中,剪切闸板与H2S接触可能发生硫化物应力腐蚀开裂导致剪切闸板失效,不能快速剪断钻杆,将导致恶性事故发生.为避免这一现象,提出了采用磨料射流切割替代剪切闸板切割钻杆、钻铤的设想,通过分析磨料射流切割的机理及特点,得出此设想在理论上具备可行性的结论.只要选取适合的参数,将切割时间控制在闸板防喷器规定的关闭时间内,磨料射流切割就可以替代剪切闸板.     

闸板防喷器壳体应力分布试验测试与分析

目前对于闸板防喷器壳体受力分析一般限于有限元分析以及理论研究,少有结合试验进行验证分析。鉴于此,以FZ28-105单闸板防喷器为例,分别对额定工况和静水压情况下壳体受力进行试验测试,并建立壳体三维模型进行有限元分析。对2种分析方法的结果进行对比,发现壳体外表面的应力分布试验测试结果与仿真结果基本相符。同时指出了利用试验测试和有限元分析方法确定的壳体内外表面的应力集中区域。该试验方法和结果可为闸板防喷器的设计及在役防喷器的安全评价提供参考。     

水下闸板防喷器有限元建模及关井仿真分析

水下闸板防喷器在关井时井筒压力作用下闸板与壳体的相互作用应力复杂。为分析闸板防喷器关井状态时闸板与壳体的受力状态,在建立整套闸板防喷器三维仿真模型的基础上,对其承压壳体及双闸板进行了有限元分析计算。结果表明:防喷器闸板及壳体在额定载荷作用下均满足强度要求;防喷器高应力区域集中在壳体及闸板的接触部位,在防喷器检查及维保中应重点关注,确保钻井作业井控安全。     

Shear strengthening viscosity and shear-rate-dependent modulus model for a Shengli crude oil

The steady shear viscosity of a Shengli waxy crude oil at the temperature of 3°C to 4°C, higher than its gel point, was measured by using a parallel-plate rheometer, which shows a shear thickening behavior in the shear rate range of 10^?2–10^?1 s^?1. A spectrum model proposed in our previous work was modified here by considering the modulus change in the spectra, which could be caused by a shear-induced varying internal structure in the crude oil. The shear strengthening viscosity of the Shengli crude oil can be described well by the changing-spectrum viscosity model.     

偶极子横波测井方法的实验研究

最近，研制出两种新的偶极子声源，一种片状的，另一种是圆管状的。对两种声源的性能进行了实验比较，发现室内混凝土观测到的偶极子声波（弯曲波）波形的首波相速度近似等于混凝土横波速度，其视频率约为单极子声波频率的一半，即１０ｋＨｚ左右。实现还表明，在短源矩时测定弯曲波参数较为方便。     

剪切下交联研究

研究剪切下交联情况，将交联过程描述为4个连续阶段，最后一阶段得到均匀分散的微凝胶颗粒，低毒交联体系（聚丙烯酰胺共聚物/Al^3 ）的实验结果证明，交联剂浓度，pH值，流变仪狭缝大小和剪切速率等因素对交联时间和凝胶的最终剪切黏度等理化性能都有影响，通过控制合适的剪切条件，可以制备新型分散凝胶体系。     

Modeling of Shear Stress and Shear Strain Rate of Oil in Water Emulsions

Abstract

A simple model has been developed to predict shear stress as a function of shear rate and oil concentration. The model is based on the available experimental work that hasbeen done on the rheology of oil in water emulsions. The model predictions agree well with experimental data for the oil range concentration 0–70%.     

疏水缔合聚合物溶液的抗剪切机理研究

疏水缔合聚合物分子链上疏水基团的引入使其溶液具有独特的抗剪切性能,从而在油气田开采领域具有广阔的应用前景。为了研究该溶液的抗剪切机理,文章在淡水和模拟油藏条件下对疏水缔合聚合物溶液的粘度在剪切后的恢复情况进行了测试。结果表明,与部分水解聚丙烯酰胺HPAM相比,不管是在淡水还是模拟油藏盐水中,疏水缔合水溶性聚合物具有很好的剪切稀释性和抗剪切性,进一步证明了疏水缔合作用对缔合聚合物溶液的抗剪切性的贡献,从而可以指导油气开采用缔合聚合物的施工设计。     

含OCP聚合物油超声波剪切与柴油喷嘴剪切稳定性的相关性研究

叙述了含OCP聚合物油的超声波剪切与柴油喷嘴剪切测定方法的比较，考察了这两种剪切方法所测得的剪切稳定指数的差值与聚合物的型态、分子量、油中聚合物的浓度等的关系，初步得出了含聚合物油超声波剪切与柴油喷嘴剪切的相关性。     

Flow characteristics of xanthan solutions and their crude oil emulsions in terms of thixotropic behavior

The thixotropic characteristics of xanthan solutions and their emulsions with crude oil were investigated experimentally. Understanding these characteristics are required for the crude oil displacement mechanism by polymer solution during the enhanced oil recovery phase. RS100 rheometer with a cone and plate device was employed for this examination using controlled-rate mode. Two crude oil concentrations of 25% and 75% by volume were examined. A wide range of xanthan gum concentration of 500–10⁴ ppm was covered. This study results that the aqueous solutions of xanthan gums showed thixotropic behavior. The high concentrations of xanthan solutions provide higher hysteresis loop than the solutions of lower concentrations. The existence of crude oil within the xanthan emulsions considerably elevates the thixotropic rheograms profile.     

钻井液增粘提切剂YF-01的研制

以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）为单体,根据自由基聚合反应原理,合成出增粘提切剂YF-01。考察了单体质量比、反应温度、引发剂用量、单体含量、反应时间等对其表观粘度和静切力的影响。结果表明,在单体质量比（AM：AMPS：DMDAAC）7：4：1,单体禽量40％,引发剂用量0．15％,反应温度45℃,反应时间75rain最佳条件下,合成的增粘提切剂YF-01产品使泥浆表观粘度由56mPa·s提高到211mPa·s,初切力由4．078Pa提高到12．365Pa,终切力由4．699Pa提高到13．897Pa。     

沥青混合料剪切试验方法研究

沥青路面由于抗剪切能力不足而容易导致车辙及推移、拥包等病害产生;目前我国的沥青路面设计中没有将剪切指标纳入控制指标范围,也没有指定的混合料剪切试验,将目前国内常用的四种混合料剪切试验进行总结介绍,以供试验人员参考.     

疏水缔合聚合物流变学测量方法研究I:稳态剪切黏度

为了获得准确和具有重复性的疏水缔合聚合物溶液稳态剪切黏度测试结果,分析了溶液的结构流体特征对于流变测试结果的影响,讨论了HAWSP溶液结构的破坏/恢复动态平衡与稳态剪切黏度测试结果的关系。用RS600流变仪和Brookfield DV-Ⅲ流变仪分别研究了预剪切段对于稳态剪切黏度的影响规律,实验结果表明:在两种流变仪上,通过合理优化预剪切段都可以获得重复性较好的稳态剪切黏度测试结果,实验平均误差小于3%。