液压震击器的阻尼阀应力计算及性能分析

在钻井用液压震击器中,液压阻尼阀通过阀体与缸筒适当配合形成阻尼效应,使外力延时产生震击效果。以73mm液压震击器为例,通过理论计算,结合ANSYS软件对阀体与缸筒的接触应力进行分析,确定阀体与缸筒最佳配合尺寸。研究结果表明,如果阀体与缸筒密封面之间过盈量较大,则密封面接触应力过大,阀体会发生严重烧伤磨损;如果密封面之间过盈量较小,则震击器产生延时时间短,震击过程不明显;当过盈量在0.040~0.077mm时,延时时间约为40s,且无异常磨损,达到设计要求。通过试验验证了理论分析结果是准确的。     

液压上击器台架试验动力学探讨

为掌握液压震击器震击性能,提高井下作业效率,分析了试验台架液压上击器的震击过程;建立了试验台架液压上击器震击效果的计算模型.根据弹性波理论与动力学相结合的办法,得出台架上心轴撞击垫与缸套承击体撞击时的冲击能以及心轴对缸套产生的撞击力,为现场测试和上击器的优化设计提供了依据.     

液压上击器台架试验动力学探讨

为掌握液压震击器性能，提高井下作业效率，分析了试验台架上液压上击器的震击过程，建立了试验台架上液压上击器震击效果的计算模型。采用弹性波理论与动力学相结合的方法，得到台架上心轴撞击垫与缸套承击体撞击时的冲击能以及心轴对缸套产生的撞击力，为后续的现场测试提供理论依据，也为上击器的优化设计提供了依据。     

高压、超深井液压震击器的改进及应用

对液压超级震击器在高压、超深井施工中震击效果差或没有震击的原因进行了分析,提出了对震击器的延时、压力平衡和密封性等方面进行改进的方法,使震击器的性能得到明显提高。     

液压震击器的机械特性及动力学分析

在介绍液压震击器的结构和工作原理的基础上,给出了震击过程中的延时计算公式及震击器心轴活塞的位移、速度方程式,并分析和推导了冲击能U_d、冲击力P_d的计算方法和公式。在推导P_d中因没有考虑冲击时的部分能量损耗,故计算误差较大,P_d值计算公式仅供设计和使用震击器时参考。     

各种柱筒与轴的过盈配合分析

采用虚拟接触载荷法模拟分析各种柱筒与轴之间的过盈配合接触现象，提出了具体的计算方法与分析程序。在轴对称模型基础上，比较详细地研究了圆柱筒、凹形柱筒和凸形柱筒与实心轴之间的过盈配合应力分布规律，以及配合面精度对接触应力分布的影响。研究结果表明，三种柱筒配合面的边缘均存在较大的应力集中；配合面内的接触压应力随过盈配合量或柱筒厚度的增加而增大；在理想配合状态下，配合面内不发生摩擦滑移，仅在配合面端部配合精度降低时，有可能出现滑移现象。     

打捞震击器力学分析

针对深井、斜井、水平井打捞作业中遇到的复杂解卡问题,对打捞工况进行了震击力学研究。基于弹性理论与动力学理论相结合的方法对打捞震击器震击力进行分析,推导出震击力计算公式。通过实例计算,建立函数关系分析了大钩拉力载荷、钻柱弹性伸长量、震击器上部悬重和震击器行程对震击力的影响,为打捞震击器的结构设计和现场应用提供参考。     

深井随钻震击器的设计计算

针对深井（４ ０００～５ ０００ ｍ ）钻井的需要，对国内外现有的深井随钻震击器的设计进行了综合和改进。设计的重点在于对卡瓦摩擦副过盈量和液压上击器液缸内压、极限拉力、活塞自封和补偿变形等进行设计计算；同时对其震击力、增加倍数、关键元件和关键部位强度进行了核算；对密封亦进行了设计。     

连续油管解卡高频双向震击器研制与现场试验

为解决连续油管打捞,钻塞解卡作业过程中常规震击器震击频率低,解卡成功率低,施工周期长的问题,文章研制了一种新型连续油管解卡高频双向震击器,该工具内部无高精度的液压延时机构,以液压为动力源,采用液压力与弹簧力协同作用的方式,达到连续震击的目的,切换工具提拉或下压状态即可快速转换震击模式。文章重点详述了高频双向震击器的主要结构、工作原理、主要技术性能参数和性能特点,对物理样机进行了双向震击模式的性能评价试验,并在大港油田进行了多口井的现场应用。结果表明,研制的高频双向震击器震击频率高,提高了解卡成功率,有效缩短施工周期提高了施工效率,降低了施工成本,具有较广泛的应用前景。     

高压超深井液压震击器的改进及应用

SHJ—YA超级液压震击器在西部地区高压超深井的修井作业中震击效果差,甚至没有震击。在分析其原因的基础上,对国产震击器进行了以下改进:(1)通过在花键外筒的下部靠近密封盘根处对称地加工4个6mm的压力平衡孔,解决了高压对震击器性能的影响;(2)采用提高延时阀与阀座的研磨精度,选用UCON—LB—1700—X耐高温液压油以及耐高温的氟橡胶密封件,解决了高温对震击器延时机构的影响。经过现场应用表明,国产震击器经过改进后,耐温能力从120℃上升到180℃,耐压能力从69MPa提升至150MPa,最大震击力从1685.87kN上升到2455.00kN,性能与进口工具接近。该工具改造费用不足2000元,经济效益相当明显。     

空气锤钎头齿孔过盈配合数值模拟研究

传统方法在研究空气锤钎头齿孔过盈量问题时大都是针对单个齿孔进行的,而且对模型进行了过度简化,没有考虑钎头本体的复杂几何外形和相邻孔间应力的相互影响,无法得出整个钎头体上的应力分布。为此,分别用弹塑性力学方法和有限元方法对齿孔在不同过盈量下的应力分布情况进行了计算。结果表明,弹塑性分析与有限元分析结果一致,钎头中心齿齿孔过盈量取0.05～0.06mm、边齿齿孔过盈量取0.06～0.07mm时较合理,弹塑性力学方法的计算值比较保守,但仍有重要的参考价值。利用ANSYS软件对钎头齿孔过盈配合进行有限元计算,是改进齿孔设计的有效方法,此方法也可用来分析PDC钻头和牙轮钻头齿孔过盈配合问题。     

液控注水阀水嘴流量特性仿真与试验研究

液控注水阀作为液控智能注水工艺的核心部件,其水嘴结构尺寸设计关系到注入流量调节的精细程度。通过理论计算、有限元分析及试验研究,对液控注水阀的流量-压差关系曲线进行分析,得到精确的流量-压差关系模板。在液控注水阀8个挡位结构的前提下,得到液控注水阀水嘴直径的优化设计方案,实现单层注入流量0～600 m³/d的精细调节,满足油藏开发需求。研究结果为液控分层注水工艺的开发,以及液控注水阀的设计提供理论依据。     

镶齿钻头的镶齿参数设计原理与方法

本文提出了镶齿钻头的掉齿机理假设,由此导出了固齿的几何条件,以及条件式中各物理量的确定方法,同时还提出了度量固齿牢固程度的力学指标,由此导出了过盈量的临界条件,从而为镶齿钻头的镶齿参数设计提供了理论的根据和实用的方法。     

空气钻井潜孔钻头本体与钻齿的过盈分析

潜孔钻头是空气钻井中一种重要的破岩工具,钻齿镶嵌过程中的过盈量直接影响钻齿与钻头本体的接触强度.文章以(φ)311.1mm潜孔钻头用(φ)19mm钻齿为研究对象,建立了钻头本体与钻齿过盈配合的力学模型,并进行计算机模拟仿真.通过对过盈量分别为0.01、0.02、0.04、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1mm时钻齿与钻头本体的接触分析可知,过盈量小于等于0.07mm时,钻头本体均为弹性变形;当过盈量为0.08mm时,钻头本体接触区域局部开始发生塑性变形;当过盈量达到0.1mm时,钻头本体沿齿眼的应力值接近材料的强度极限.根据分析结果并考虑塑形强化的影响,推荐(φ)311.1mm潜孔钻头(φ)19mm钻齿的安装过盈量为0.07～0.08 mm.论文的研究工作为空气钻头钻齿的科学装配提供了理论依据.     

燃爆诱导水力压裂多裂缝耦合起裂规律

为了明确多相位裂缝组合下的应力干扰作用及其对后续水力压裂裂缝起裂压力的影响,基于原有预存单条诱导裂缝的应力场计算模型建立预存多条诱导裂缝的耦合应力场计算模型,分析诱导应力影响下的井周周向应力场变化规律,再结合断裂力学判据计算后续水力压裂预存裂缝的起裂压力,并对预存裂缝长度、相位、水平主应力差异系数及预存裂缝条数等4个因素对预存裂缝起裂压力的影响进行了分析。研究结果表明:(1)预存裂缝后近裂缝区域周向应力差明显增大,甚至出现水平主应力反转;(2)随新增预存裂缝长度增加,原预存裂缝起裂压力先增后降,在新增预存裂缝长度增加到原预存裂缝长度时,原预存裂缝起裂压力迅速降低,而后下降趋势变平缓;(3)高相位裂缝的起裂压力大于低相位裂缝的起裂压力;(4)随着裂缝条数的增加,新增预存裂缝起裂压力逐渐降低,但起裂压力差减小的趋势不明显;(5)多相位裂缝的应力干扰作用影响裂缝的起裂压力,较长高相位裂缝和较短低相位裂缝均有利于多相位裂缝的同时起裂;(6)多裂缝同步延伸会产生更为复杂的应力干扰作用,激发水力压裂复杂缝网的演化,实现均衡的压裂改造。结论认为,该研究成果可为燃爆诱导压裂射孔相位、诱导裂缝规模及后续水力压裂施工泵压等压裂施工设计提供理论指导。     

Ф14.0 mm钻齿与钻头本体齿孔的过盈分析

掉齿是影响空气钻井潜孔钻头寿命的主要原因之一,而钻齿与本体齿孔的安装过盈量直接影响固齿强度。通过建立Ф215.9 mm潜孔钻头Ф14.0 mm钻齿与钻头本体齿孔过盈装配的力学模型,对过盈量为0.040、0.060、0.065、0.070、0.075、0.080和0.100 mm时的装配应力及本体材料的径向位移进行了模拟计算,并对钻齿施加工作载荷,检验了其固齿效果。通过分析可知:过盈量小于0.065 mm时本体材料处于弹性变形状态;过盈量不小于0.080 mm时,本体齿孔的应力值较大,局部接触位置超出材料的抗压强度;过盈量为0.065～0.075 mm时,既有弹性变形又存在轻微的塑性变形,此时的固齿强度能够满足实际工况的需要。考虑到塑性硬化的作用,推荐该钻头下钻齿与本体齿孔的安装过盈量为0.065～0.075 mm。      

液压式上击器的应用

文章针对液压式上击器在处理中、深井的砂卡，封隔器卡和落物卡等卡钻事故中的特点，介绍了其结构及工作过程，同时，对上击器的效果进行了分析，为提高震击效果，给出了上击器配用钻铤质量的各种参数。最后，对钻具组合、操作要点、上击力的调整及故障维修等提出了几点注意事项。     

液压加速器在震击解卡作业中的作用

在震击管柱中配接使用加速器，是提高震击解卡成功率的有效途经。介绍了液压加速器和震击器的结构、工作原理以及震击管柱运动规律与动力性能。在此基础上，阐述了震击管柱中有效能量的概念，并分析了液压加速器在震击管柱中的减振作用。实例计算及现场统计资料表明：采用加速器配套施工比单独使用震击器施工，可提高解卡成功率15％以上，延长震击器有效工作寿命30％以上；同时能减缓钻柱振动，对井下钻具及水泥环有保护作用，有利于提高修井质量。     

牙轮钻头镶齿结合面应力分析的边界元法

应用二维弹性问题边界元法的基本理论，对过盈配合结合面间的应力状态进行了分析，用分块子矩阵的形式推导出相应的系统方程。以牙轮钻头镶齿过盈配合结合面间的应力状态分析为实例，编制了相应的过盈配合通用计算程序。计算结果表明，应用边界元法得到的牙轮钻头镶齿和孔之间的应力和位移的数值解与弹性力学的解析解相当接近。