连续油管注入头V形夹持块的角度优化

为降低连续油管在注入过程中的损伤,延长其使用寿命,需要优化其在起下作业过程中的受力。针对连续油管注入头中的V形夹持块,取9组角度值,采用数值模拟的方法研究了夹持块取不同V形角度值时对应的连续油管的最大受力情况。通过试验台试验,验证模拟结果。利用BP神经网络将9组数据进行拟合,得出V形夹持块的最优夹持角度为60°。为连续油管作业机设计提供理论指导。     

影响连续油管疲劳寿命的因素分析

疲劳寿命是衡量连续油管质量好坏的关键 ,分析影响连续油管疲劳寿命的因素 ,对提高连续油管寿命 ,指导其选择引进和应用管理 ,以及连续油管作业技术的推广应用都具有重要意义。通过对连续油管应力和最终拉伸强度的计算 ,建立了连续油管疲劳寿命预测模型。利用图表法分析得知 ,连续油管的疲劳寿命随内部压力的增加而急剧降低 ;外径尺寸越大的连续油管 ,疲劳寿命越低 ;其疲劳寿命随卷筒直径和导向拱弯曲半径的增大而增大 ;随连续油管材料抗拉强度的提高 ,其疲劳寿命明显增加。并据此提出建议 :( 1 )优先选用抗拉强度高的连续油管材料 ;( 2 )应尽量增大卷筒直径和导向拱的弯曲半径 ;( 3)应尽量增加大直径连续油管的壁厚 ;( 4 )在满足使用要求的前提下 ,应优先选用小直径连续油管。     

连续管夹持力学特性研究

研究连续管夹持状态下的力学特性,对夹持块设计和优化,确定最优夹紧压力等具有重要意义。建立了夹持块-连续管系统力学模型,分析了连续管在夹持状态下内部应力和表面正压力分布规律,探讨了连续管夹持椭圆系数和壁厚对连续管夹持力学特性的影响。研究结果表明:连续管与夹持块之间的正压力随夹持椭圆系数增大而增大,接触面积随夹持椭圆系数的绝对值增大而减小;当夹持椭圆系数大于3.2%时,需要调整夹紧压力或更换夹持块来避免连续管表面受损;夹持椭圆系数为0.8%时,连续管应力最小,且表面正压力较大;壁厚越大的连续管,夹持椭圆系数对其夹持力学特性的影响越大。研究结果对夹持块设计优化、确定夹紧压力以及提高注入头可靠性等具有积极意义。     

连续管注入头夹持块结构优化研究

注入头是连续管装备中控制连续管上提和下注的主要装置,而夹持块是注入头与连续管直接接触的关键部件,结构合理的夹持块不仅能满足注入头作业质量要求,而且对连续管的伤害也较小。以夹持块和连续管的接触模型为研究对象,探索夹持块结构参数与连续管应力和变形之间的变化规律。研究结果表明,夹持块采用圆弧形结构可减轻对连续管的伤害,圆弧形夹持块的组合式设计可缩短其更换而造成的停工时间;当夹持块圆周包角在160°～175°、内径在88.75～88.90 mm范围内取值时,连续管的应力和变形情况均较好,夹持块的夹持能力也较强,能够收到较好的优化效果。     

碳纤维连续抽油杆夹持技术

碳纤维连续抽油杆(简称碳纤维杆)具有质量轻、抗拉强度高和抗腐蚀性强等优点,用于深井、超深井和腐蚀性油井可大大降低能耗、提高采油效率,但是由于碳纤维杆的抗剪能力差、表面摩擦因数低,已有的碳纤维杆夹持系统提升力不足、伤杆断杆等问题突出,大大影响了碳纤维杆技术的推广应用。为了解决碳纤维杆的夹持难题,开展了碳纤维杆的基础性能评价、夹持摩擦副材料开发、表面结构及介质影响配套夹持系统试验等方面的研究工作。通过试验对比研究,优选了碳纤维杆的夹持摩擦副材料和夹持表面结构形式,提高了对碳纤维杆夹持的提升力和可靠性;结合碳纤维杆作业机注入头夹持系统非对称运动的特性,优化了夹持块的结构,并对夹持块切入角部位采用软合金材料,解决了碳纤维杆夹持时存在的错位夹持块弯折咬杆和注入头运转时的切入角磕碰伤杆问题。配套作业机注入头形成的碳纤维杆无损伤夹持技术,为碳纤维杆技术在油田的推广应用奠定了基础。     

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。     

注入头链条传动中各夹持块提升力的分布

连续管在作业过程中,依靠注入头链条带动夹持块夹持连续管进行起升和下入操作,各夹持块提升力的均衡对安全作业和防止连续管损伤有重大意义。鉴于此,分析了连续管-夹持块-链条传动结构,在假定夹持块和连续管之间无滑移情况下,提出了连续管-夹持块-链条力学模型,分析了夹持块与链条之间连接的线性弹簧和非线性弹簧对夹持块载荷均衡的影响。分析结果表明:具有开平方和开立方函数的弹簧更利于载荷均衡,软弹簧也有利于载荷均衡,但软弹簧可能造成连续管较大的振动激励。研究结果可为设计更加合理的连续管注入头以及正确维护和操作连续管注入头奠定理论基础。     

连续油管卷曲低周疲劳寿命预测

弯曲和内压作用下产生的疲劳是造成连续油管失效的主要原因,在疲劳曲线上按其破坏的循环数N划分,属于典型的低周疲劳问题。以三参数幂函数能量法(3SE)和梁弯曲理论为基础,结合连续油管的承载状态,考察其疲劳寿命及影响因素。实例分析表明,连续油管循环次数随卷绕半径的增大而增大,但基于材料本身特征,存在一个卷绕半径极限,超过该值时通过增大卷绕半径的方法来提高连续油管循环寿命无太大意义;3SE方法在寿命预测精度上优于传统Manson-Coffin方法,对于连续油管作业过程中涉及的低周疲劳问题及寿命预测具有一定的借鉴作用。     

考虑温度影响的特殊螺纹油管接头有限元分析

为了解不同温度下依靠主密封面密封的特殊螺纹油管接头的力学行为,为特殊螺纹油管接头的设计和使用提供依据,采用Abaqus有限元软件建立了特殊螺纹油管接头三维有限元模型,分析了温度对接头密封面、扭矩台肩及螺纹段Mises应力和接触压力分布规律的影响。分析结果表明:不同温度下,沿螺纹锥度方向螺纹段扣牙最大接触压力及最小接触压力分别位于螺纹段第1扣和第11扣处,符合螺纹扣牙接触压力分布规律;油管接头最大Mises应力均出现在接头密封面及扭矩台肩处;随着温度升高,各螺纹牙Mises应力逐渐增大,而螺纹牙接触压力增加幅度较小;随着温度升高,密封面接触压力呈先增大后减小的趋势;扭矩台肩处接触压力随温度升高而增大。因此,应用于高温高压气井的特殊螺纹油管接头,在设计和实际应用中应考虑温度的影响。     

基于直径参数的连续油管低周疲劳寿命研究

为了明确连续油管在弯曲和内压条件下的低周疲劳寿命与直径参数的关系,使用连续油管全尺寸疲劳试验机,在34.47 MPa内压、弯模半径2 286 mm下对国产高强度CT90连续油管进行了疲劳寿命试验。试验结果表明,高强度大直径国产CT90连续油管失效时管径胀大率可达15.2%;研究了连续油管失效位置分布规律,揭示了连续油管直径随循环次数增加的胀大规律,并建立了一个基于直径参数的疲劳寿命预测模型,可以较好地计算连续油管工作寿命,为预判连续油管的疲劳损伤程度及断裂失效位置提供理论指导。     

基于Abaqus的油管悬挂器锁紧机构接触分析

利用Abaqus有限元软件对普通C形卡环、带圆角C形卡环和卡块式3种不同的油管悬挂器锁紧机构在锁紧过程中所受的应力进行了分析。在分析时切向接触条件使用Conlomb摩擦模型,限制了卡环竖直方向的自由度,只允许卡环在水平面有位移。分析结果表明,普通C形卡环式锁紧机构的应力最大,卡块式锁紧机构的最大应力最小;带圆角的C形卡环应力分布比普通C形卡环更为均匀,过渡更为平缓;卡块式锁紧机构的最大应力明显小于卡环式锁紧机构,若能在卡块与推动环接触处增加圆角,则能进一步减小应力集中,降低最大应力值。     

水下套管挂和密封总成下放工具设计

套管挂和密封总成下放工具是重要的水下井口头系统作业工具,在对比分析国外技术的基础上,以安全、高效、低作业成本为目标,运用模块化设计方法划分下放工具的功能结构单元,完成工具的详细设计。对工具中心轴连接螺纹强度进行研究,并分析了齿根圆角半径对接触应力的影响。结果表明:最大等效应力836.599MPa出现在第1齿螺纹齿根的下侧,随着螺纹齿根部圆角半径增大,螺纹齿接触应力逐渐减小。     

基于温差法的齿轮与轴过盈配合分析

基于温差法过盈装配过程,建立了齿轮与轴的过盈装配有限元模型,分析了过盈配合后的等效应力、接触压力、剪切应力和位移量,并讨论了过盈量、摩擦因数和齿轮内孔倒圆角对过盈配合的影响。研究结果表明,齿轮和轴的应力和应变存在边缘奇异性,齿轮的最大等效应力和最大位移发生在距端部约1 mm处,轴的最大剪切应力发生在接触表面内2 mm处;过盈量与组件的应力和应变呈近似线性关系;摩擦因数不影响过盈配合后的应力、应变;当齿轮内孔倒圆角半径为1 mm时,可以明显地改善边缘奇异性。     

环境介质及表面结构对夹持块摩擦性能的影响

连续管注入头夹持块在使用过程中表面会粘附钻井液、原油和石蜡等井下介质,从而对夹持块摩擦性能造成影响,另外夹持块表面结构形式的不同也会对摩擦性能造成影响。为此,用自行设计的测试设备对夹持块与连续管在不同条件下的当量摩擦因数进行测试及分析。分析结果表明,对于光面夹持块,在无介质条件下,其当量摩擦因数为0.443;原油对当量摩擦因数影响较小,石蜡对夹持块摩擦性能影响最大,其当量摩擦因数下降至0.074;对于无介质环境下的表面刻槽夹持块,齿宽和槽宽越窄,夹持性能越好;在石蜡环境下,23型夹持块有效减少了接触面上的石蜡,摩擦性能大幅度提高。     

油气管道用大口径三通结构分析及优化

油气管道用大口径三通通常采用拔制方式制作。在内压及管道应力的作用下,三通相贯线部位容易产生应力集中,其内、外圆弧角对改善三通的受力状况起着重要的作用。采用ANSYS软件中的线弹性分析方法,对三通内圆弧角半径、外圆弧角半径与最大等效应力及最大变形的关系做了详细的分析计算,并对三通的外圆弧角半径进行了优化,有效地提高了三通的承载能力。     

JZG18型死绳固定器支臂总成的力学性能分析

现有研究缺乏死绳拉力对死绳固定器力学性能影响的分析.鉴于此,基于JZG18型死绳固定器支臂总成静力学分析,利用有限元分析软件,针对其原始模型受力薄弱位置,提取影响其强度的主要结构参数进行正交优化,确定最优结构参数为:绳轮肋板厚度25 ～ 35 mm、绳轮壁厚度42～52 mm、传感器支臂过渡圆角半径120～ 140mm...     

往复式压缩机曲轴强度影响因素研究

过渡圆角形式和半径、润滑油道直径以及连杆轴颈的长度等是影响曲轴强度的重要因素。结合正交试验设计,运用三维建模技术建立16组不同影响因素组合下的往复式压缩机曲轴模型,按照有限宽度轴径油膜压力分布规律对其施加载荷,经求解分析,得出各因素与曲轴强度的关系。针对由曲轴结构复杂而导致在过渡圆角处出现的应力奇异现象,提出外插值的方法进行评估。结果表明,除连杆轴颈的长度对曲轴的强度影响不大外,过渡圆角的形式以及半径大小均有不同程度的影响,其中内圆角的应力值远大于外圆角。研究往复式压缩机曲轴强度的影响因素,对曲轴设计时部分尺寸的选用以及强度校核有一定指导作用。     

物探螺旋钻机钻杆液压夹紧机构的设计计算

利用ANSYS大型有限元分析软件,对新设计的物探螺旋钻机钻杆液压夹紧机构进行了数值模拟分析计算。分析计算结果表明,当钻杆液压夹紧机构的钳体材料选择ZG310-570,所用液压马达的排量为390 mL/r时,该系统在最小驱动压力4.82 MPa、最大驱动压力7.30 MPa时才能正常工作。这种数值模拟分析为进一步改善钻杆液压夹紧机构的受力,改进机构的设计提供了依据。