膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素分析

为了找出影响膨胀波纹管抗外挤强度的影响因素,通过ABAQUS有限元软件对波纹管的抗外挤强度进行模拟,研究了波纹管的不圆度、波纹管的壁厚、井筒直径等对波纹管抗外挤强度的影响。结果表明,不圆度和壁厚对膨胀后波纹管抗外挤强度的影响较大,随着波纹管不圆度的减小,波纹管的抗外挤强度迅速的增大,壁厚越大波纹管的抗外挤强度也越大;另外,增大波纹管应用的井筒直径可以有效的提高波纹管的膨胀性能,降低波纹管膨胀后的不圆度,但是大尺寸的井筒直径降低了波纹管膨胀后的抗外挤强度。     

油井堵漏可膨胀波纹管的有限元分析

可膨胀波纹管技术具有膨胀工艺简单,作业周期短等优点。应用ANSYS仿真分析了波纹管的成型工艺,模拟了波纹管的水力膨胀作业,对波纹管膨胀过程中的应力、位移和圆度进行了分析;最后计算了波纹管的抗内、外压强度。分析结果表明,成型后波纹管的残余应力最大为258.02 MPa,位于波谷区域。波纹管外径比加工前减小了24.2 mm,适应于Ф244.5 mm井眼。根据强度分析,波纹管抗内压强度为33 MPa;根据结构失稳分析,波纹管抗外挤强度为4.5 MPa。     

提高膨胀波纹管挤毁强度的方法探讨

目前,通过降低膨胀波纹管Bauschinger效应和膨胀后残余应力等方法对提高波纹管外挤强度的作用有限。为了提高膨胀波纹管的力学性能,借鉴双层组合套管的设计方法,提出了双层组合波纹管设计的新方法。通过对双层膨胀波纹管的力学性能分析和管材优选研究,将215.9mm双层波纹管的抗外挤强度提高至23.8 MPa,扩大了膨胀波纹管的技术应用范围。     

可膨胀波纹管堵漏技术应用

波纹管技术主要用于封隔复杂井段,处理井漏、井涌、水侵或坍塌等事故,可保证复杂地区深井钻井的顺利进行。利用有限元方法分析了可膨胀波纹管不同壁厚力学特征,并进行了现场实例计算。结果表明：波纹管壁厚增加,所需胀形压力也增加,波纹管最大应变也增加;波纹管应力随压力增长,由于波纹管三段相互影响,应力出现波动;波纹管应变经历了增加、稳定继续增加、稳定的阶段;压力达到一定程度后,波纹管的应变稳定下来,这个阶段尽管压力增加,变形也不增加,若继续增加压力,则波纹管可能破裂失效。     

阀门用金属波纹管力学特性研究

在对阀门用金属波纹管有限元结构分析的基础上,比较了Ω形和U形金属波纹管承载和变形补偿能力.研究表明,对几何参数相同的Ω形和U形金属波纹管,Ω形金属波纹管承受内压的能力大于U形金属波纹管,而U形金属波纹管承受轴向力的能力则大于Ω形金属波纹管.在相等的轴向力作用下,Ω形金属波纹管轴向补偿量较大,但在各自最大轴向载荷作用下,U形金属波纹管能达到的轴向补偿量更大.     

油气井井漏井壁与波纹管接触应力分析

基于钻井过程中的波纹管堵漏技术,采用有限元分析方法对与井壁接触情况下的堵漏波纹管膨胀过程进行了研究。模拟了井眼中波纹管的膨胀变形,得到了波纹管施工加压膨胀和井壁接触过程中的等效应力分布云图、波纹管的位移、应力变化规律,以及波纹管膨胀后和井壁的接触状况。波纹管加压膨胀变形过程中,其应力、应变对应于管体几何形状呈对称分布,管体各处的等效应力和应变不同。波纹管并非在全周长上与井壁发生接触,部分弧段没有接触压力。膨胀内压增加时,接触区域扩大,接触压力有明显升高。井壁只在波纹管与其最先接触点,以及随后接触的波峰顶点处会出现较高的Mises应力。该方法为油气井钻井过程中出现的井漏波纹管堵漏施工时膨胀内压的确定提供了依据。     

高真空多层绝热低温管道内管路波纹管应力非线性有限元分析

广泛用于LNG等输送的高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道常使用波纹管膨胀节来补偿其内管的冷缩变形,波纹管由于工作在深冷环境中且要承受液体内压,在实际使用过程中常出现断裂进而导致整个管道失效。为此,介绍了HV-MLI低温管道的基本结构,建立了波纹管有限元模型,在HV-MLI低温管道输送LNG、LO_2及LN_2的不同工况下对波纹管进行了应力非线性有限元计算,分析了轴向位移载荷及内压载荷分别作用下的波纹管响应状况,并结合国家标准GB/T 12777—2008对所用波纹管进行了强度及疲劳寿命校核。结果表明:(1)波纹管满足HV-MLI低温管道使用要求;(2)输送LN_2工况时波纹管等效应力最大,波纹管波峰内表面为危险点,此时可以考虑适当降低介质输送压力;(3)轴向位移载荷引起的波纹管子午向应力远超过材料的屈服极限,是引起波纹管疲劳损坏的主要因素,在管道设计及使用时应严格控制其数值。     

油气井堵漏波纹管加压膨胀过程中位移-应力变化规律

基于油气井钻井中的波纹管堵漏技术,采用ANSYS软件有限元分析方法和现场试验,对堵漏波纹管膨胀过程中位移-应力变化规律进行了研究。采用双重非线性分析方法计算波纹管的膨胀变形,得到了波纹管施工加压膨胀过程中的等效应力分布云图以及波纹管膨胀过程中的位移、应力变化规律。现场波纹管加压试验结果表明,波纹管加压膨胀变形过程的模拟计算结果与试验结果有着同构的一致性。波纹管加压膨胀变形过程中,其应力、应变对应于管体几何形状呈对称分布。管体各处的等效应力和应变不同,其大小主要取决于该处的曲率半径,在波峰和波谷区域产生最大等效应力和最大应变。在此基础上回归出了波纹管管径几何尺寸变化与胀圆所需压力值之间的数学关系式。     

可膨胀波纹管截面设计计算与评估方法

可膨胀波纹管截面设计是波纹管结构设计的关键环节,直接影响波纹管的应用效果。目前波纹管截面的设计方法过度依赖经验,计算效率和精度不高。为此,提出一种多瓣可膨胀波纹管截面设计计算方法。新方法在基本假设的基础上简化了几何模型,系统阐述了计算方法和步骤,同时提出以椭圆度为主要判断依据的计算评估方法,结合有限元仿真分析获得了优化波纹管截面结构的一般规律。分析结果表明:6瓣结构的波纹管的截面经膨胀后最容易还原为圆形;波纹管的波峰和波谷半径比越接近于1,膨胀后的椭圆度越低;多瓣波纹管的波峰处是残余应力集中的危险区域。与基于图形的试算方法相比,新方法的设计效率更高,计算结果的稳定性更强。     

波纹管结构参数对传热性能影响

分别以不同规格的波纹管为模型,应用FLUENT软件对湍流流动状态下波纹管内的传热进行模拟,分析了流体流动状态和波纹管几何结构参数对传热系数的影响。结果表明,波纹管的壁面平均传热系数随着入口雷诺数的增加而增大;与光滑管相比,在低雷诺数的情况下,波纹管传热强化效率随雷诺数的增大而增大,而随着雷诺数的进一步提高,波纹管的强化传热效果逐步减弱;当波纹管的外径与内径的比值在1.25~1.40时,其传热强化效果最好。     

波纹管内湍流传热数值模拟

采用数值模拟方法研究了幅值分别为3mm、4mm的两种波纹管的湍流传热性能,发现幅值为4mm的波纹管换热效果优于幅值为3mm的波纹管,幅值为4mm的波纹管壁面剪切力更大是致其换热效果较好的直接原因。波纹管壁面剪切力沿轴向周期性变化,喉结处壁面剪切力最大。波纹管纵向涡及流道形状周期性变化是传热获得强化的根本原因。引入壁面剪切力、纵向涡等参数,并与传热性能相关联,为波纹管换热器研发提供借鉴。     

油气井用波纹管堵漏技术发展现状评析

介绍了油气井用波纹管堵漏技术应用的背景、发展现状及波纹管总成的基本结构，简述了波纹管现场操作的基本工序和关键技术。针对目前我国波纹管堵漏技术的研究现状，对该技术的应用提出4项建议：(1)加大波纹管堵漏技术的宣传力度，各油田将其纳入堵漏新技术中；(2)开发高性能波纹管母材及配套焊接材料和高效优异的焊接方法，形成满足现场要求的焊接工艺规范；(3)完善波纹管成型制造工艺，并实现波纹管尺寸的标准化；(3)加快波纹管相关技术研究，形成具有我国自主知识产权的波纹管堵漏技术。     

膨胀波纹管焊接工艺及焊缝膨胀性能分析

膨胀波纹管通过焊接连接在一起,焊缝的膨胀性能直接决定膨胀波纹管整体的膨胀性能。为了解焊缝的膨胀性能,在介绍手工焊和自动焊2类膨胀波纹管焊接工艺的基础上,利用弹塑性力学及有限元法模拟了?149.2 mm 8字形膨胀波纹管焊缝的膨胀过程、分析了焊缝的膨胀性能,并通过膨胀波纹管的试验井试验和现场试验进行了验证。由模拟分析及试验可知:膨胀波纹管膨胀过程中焊缝应力和应变最大点在波谷处的管壁外侧;焊缝和膨胀波纹管本体的应力和应变随内压变化的规律相同,焊缝的应力和应变始终大于膨胀波纹管本体,加压至30 MPa时?149.2 mm 8字形膨胀波纹管及焊缝依然在安全范围内;?149.2 mm 8字形膨胀波纹管采用液压膨胀方式加压至18 MPa即满足机械膨胀要求。研究结果表明,采用现有焊接工艺获得的焊缝满足现场膨胀需求,通过模拟获得的膨胀过程中膨胀波纹管焊缝应力和应变的变化规律与试验结果基本吻合,这对现场应用膨胀波纹管具有一定的指导作用。      

平衡式安全阀波纹管开裂失效分析和改进措施

通过化学成分、金相组织、硬度及扫描电镜等分析和检查手段,对平衡式安全阀波纹管断口部位进行了失效分析。结果表明,波纹管在冷加工塑性成形时产生加工硬化,波纹管局部硬度增大,提高了材料氢致开裂的敏感性并造成开裂。提出了波纹管制造的改进措施和要求。     

波纹管的力学性能参数计算与分析

从基本理论出发,研究了U型波纹管在内压作用下的应力;总结了波纹管的扭转刚度并给出了剪应力分布公式及曲线;研究了波纹管的两种失稳情况,最后从结构有限元的角度出发,总结出了几种基本力学关系,为今后进一步研究波纹管的力学性能提供了很好的理论平台。     

波纹管内流动与传热三维数值模拟

应用三维变物性层流模型及低雷诺数湍流模型分别对波纹管及光管管内流动与传热性能进行了模拟研究,并通过实验结果进行了验证。数值模拟表明,所研究的波纹管内层流向湍流过渡的雷诺数范围为600～800,波纹管的波纹起伏使得管内的流动变得复杂,产生了有利于传热强化的二次涡流。在低雷诺数下波纹管的综合传热性能不及光管,而在高雷诺数下。波纹管综合传热性能逐渐得到改善。通过数值计算获得了波纹管最优波纹高度参数为ε=1.16。     

波纹管胀形有限元分析

为了分析钻井液围压、井眼曲率、弯曲方式以及地层温度等因素对波纹管胀形的影响,采用弹性力学理论,考虑几何非线性的影响,建立了波纹管胀形力学模型。建模时温度对波纹管胀形的影响通过改变波纹管管材的弹性模量和泊松比来模拟;通过对波纹管内、外施加面载荷来模拟波纹管胀形压力、钻井液围压或者外挤压力。模拟结果表明,当井眼曲率每30 m在5°¹2°之间变化、地层温度在2012°之间变化、地层温度在20¹80℃之间变化时,井眼曲率和地层温度对波纹管膨胀工作压力影响较小;弯曲方式对波纹管胀形的影响也较小。波纹管卸载后不圆度会增加,使得其内通径变小,所以在波纹管施工结束后需要进行机械胀形修正。     

膨胀波纹管在小井眼的安全应用工况模拟试验研究

膨胀波纹管可以用于封隔小井眼斜井段坍塌煤层和泥岩，为解决地层坍塌问题提供了新的手段，但其适用工况不确定，影响了其推广应用。为确定膨胀波纹管在小井眼的安全应用工况条件，应用有限元法模拟分析了影响斜井段中φ149.2mm膨胀波纹管安全应用的主要因素；在弯曲井筒内开展了膨胀波纹管的膨胀试验，分析了井眼曲率、井径对膨胀效果的影响。研究结果表明，在相同条件下，井径越大，波纹管膨胀后的直径越大；井眼曲率越大，膨胀波纹管Mises应力越大，不圆度越大。试验和数值分析结果表明，二者有着较好一致性。通过分析确定了φ149.2 mm膨胀波纹管安全应用工况条件，可以保障膨胀波纹管的安全施工。      

机械密封用焊接金属波纹管非线性应力分析

针对机械密封用焊接金属波纹管的特点 ,考虑了波纹管内外缘焊菇的影响 ,从而建立新的力学模型 ,并利用有关文献提出的方法 ,计算了焊接波纹管在受轴对称载荷时的非线性应力。     

波形参数对波纹管性能的影响

通过波纹管的波高、波距、壁厚、层数、直径等波形参数的变化对波纹管的耐压强度、疲劳寿命、稳定性及刚度等参数影响的分析,并根据历年来在波纹管膨胀节设计、订货等方面的实践经验,总结出“波纹管波形参数对其性能影响分析表”;同时,针对波纹管膨胀节在设计和订货中经常遇到的一些问题提出了几点看法.