基于DEM-CFD水力旋流器的水合物浆体分离规律研究

采用离散元素法和计算流体力学耦合仿真的方法,研究不同入口速度下的水力旋流器分离效率.以较佳入口速度的分离效率工况为例,研究不同入口区域的水合物颗粒的力学行为与特征.结果表明：由入口上侧和入口内侧进入的水合物颗粒具有短路流特征.由入口下侧和入口中心进入的水合物颗粒以螺旋轨迹线向下运动.同时在离心浮力与离心惯性力的差值作用下,沿半径向中心运动.进入内旋流场后,水合物颗粒则改变方向,以螺旋轨迹向上运动,直至从溢流管被排出.这是典型的水合物颗粒分离运动轨迹.由入口外侧进入的水合物颗粒中大多数也具有这一特征,只有少部分水合物颗粒紧贴水力旋流器的内壁,沿边界层或在边界层附近,以螺旋轨迹一直向下运动,最终从底流口排出.这一部分水合物颗粒对总体分离效率影响最大.     

合理选择丁腈橡胶胶筒本构模型探讨

根据大变形橡胶理论和试验数据,利用最小二乘法原理,导出了确定橡胶本构模型系数的公式和评价本构模型优劣的公式.以两种封隔器胶筒材料-701#和29#丁腈橡胶的压缩试验数据为例,确定了二常数、三常数、五常数和九常数Mooney-Rivlin(简称M-R)本构模型和Yeoh三次幂本构模型的待定系数,进行了模型的误差评估和比较.结果表明:Yeoh三次幂本构模型拟合701#和29#材料试验数据能够满足精度要求,但M-R二常数本构模型误差太大;701#丁腈橡胶材料应选择M-R五常数以上本构模型;29#丁腈橡胶材料应选择三常数以上本构模型.     

牙轮钻头滑动轴承的接触有限元优化设计

以牙爪大轴颈和小轴颈的鼓形度为设计变量，以接触有限元分析的峰值接触压力为目标函数，以牙爪轴颈的体积不超过给定值作为约束条件，用接触有限元方法建立了牙轮钻头滑动轴承的优化设计模型。利用ANSYS软件进行接触有限元优化设计，优化结果表明：最优方案的峰值接触压力相对理想模型(无鼓形度)降低了34．6％，并且接触压力分布合理。     

旋转控制头密封胶芯力学行为和失效分析

针对欠平衡钻井中旋转控制头的密封胶芯经常失效的问题,根据旋转控制头的工作原理以及胶芯的材料特点,分析胶芯在几种典型工作状态下的受力与变形规律,以及胶芯失效的形式和原因。结果表明：胶芯的主要失效形式为胶芯侧面拉压疲劳开裂、顶部剪切疲劳开裂、底部疲劳膨胀开裂,以及胶芯内锥面与内圆柱面交界处橡胶的脱落和胶芯内表面划伤、形成沟槽等;胶芯失效主要是由铁芯与橡胶连接部位的应力集中、起下钻中胶芯所受变应力的反复作用、胶芯与钻具间的摩擦力等方面引起的。提出在结构设计、材料选取、操作使用过程中合理地控制上述因素,以改善胶芯性能,提高其使用寿命和可靠性。     

Ⅲ类压力容器设计阶段风险评估与系统开发

目前压力容器等承压类特种设备向大型化、高参数、长周期运行方向发展,如何将其风险控制在可接受的范畴,是各国相关法规和标准关注的要点,Ⅲ类压力容器设计阶段开展风险评估是一项革命性的技术变革。TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》规定第Ⅲ类压力容器设计阶段需出具风险评估报告,按此思路,事先评估与控制重要承压设备在全寿命过程的风险对保证其长周期安全运行具有重要的意义。以天然气行业第Ⅲ类压力容器为研究对象,以API 581—2000（SY/T 6714—2008）为基础开展研究,考虑设计阶段的特点,修正了风险评估模型,建立了典型失效案例库。在此基础上开发了Ⅲ类压力容器设计阶段风险评估系统,并将其应用到实际工程设计中,弥补了我国相应技术与系统的缺失。通过这些研究和开发,为更好地指导基于风险的设计（RBD）工作提供了技术依据和使用平台,为研究适用于我国实际的Ⅲ类压力容器设计阶段风险评估技术提供了新思路,为建立相应的技术标准奠定了良好的理论基础。     

基于ABAQUS模拟钻柱裂纹萌生和扩展

钻柱在钻井施工过程中,由于承受各种复杂交变载荷的作用,裂纹的产生不可避免.从而降低了钻柱的强度和使用寿命,影响钻井工程的进度和安全性.长期以来有关裂纹萌生和扩展的问题一直是学者们探讨和研究的热点.本文利用有限元法基于ABAQUS软件平台的强大功能来模拟钻柱裂纹萌生和扩展,对裂纹尖端场进行计算.分析计算结果,验证了结果的有效性;观察裂纹扩展的变化,加深了对钻柱损坏机理内在本质规律的理解和判断,为预防钻柱损坏提供一定的理论基础和参考依据.     

牙轮钻头滑动轴承的特殊性及主要研究方向

牙轮钻头滑动轴承与一般机械滑动轴承相比 ,在滑动轴承结构、承受的载荷、轴承的工作环境和滑动副之间的相对转速等方面都具有特殊性。牙轮钻头滑动轴承的失效解剖分析表明 ,最终导致轴承失效的主要形式一种是轴承密封系统损坏而导致磨料磨损失效 ;另一种是密封润滑系统工作正常时最终导致粘着磨损失效 ,而影响粘着磨损的主要因素有轴承的摩擦系数、表面压力大小及分布和相对滑动速度。今后牙轮钻头滑动轴承主要研究方向是滑动轴承密封系统(密封圈和传压补油装置 )的研究 ;轴承摩擦系数的研究 ;轴承表面压力大小及分布的研究。     

牙轮钻头滑动轴承浮动套优化设计

为了延长牙轮钻头滑动轴承的使用寿命,对带浮动套的牙轮钻头滑动轴承结构进行理论分析,并采用ANSYS软件对其进行有限元仿真。以浮动套的内、外间隙比和浮动套厚度为设计变量,以接触有限元分析的峰值接触压力为目标函数,用接触有限元方法建立了带浮动套的滑动轴承优化设计模型。优化结果表明,选择合适的浮动套内、外间隙比,不管其是否正常工作,都能大大改善牙轮钻头滑动轴承的接触压力和最大Mises应力,推荐内、外间隙比为2.2～2.8;浮动套能改善滑动轴承局部磨损,且浮动套厚度对其接触压力及峰值应力影响较小;选择合理的浮动套与不带浮动套的牙轮钻头滑动轴承相比,其接触压力降低了25.0%,最大Mises应力降低了32.2%。     

海洋非成岩天然气水合物藏固态流化采空区安全性评价

为了解决固态流化法开采海洋非成岩天然气水合物(以下简称水合物)采空区安全性如何评估的问题,以中国南海神狐海域的水合物藏为例,根据水合物射流破碎流化开采工艺及流程,基于圣维南原理建立了采空区有限元模型并进行了网格精度验证,采用研究区水合物藏的物性参数和力学特征参数,模拟分析了垂直和水平采空区的稳定性问题,并探索了海洋非成岩水合物稳定层采空区的安全评价方法。结果表明:(1)基于圣维南原理建立的海底采空区有限元分析模型能够保证计算精度且计算工作量不大;(2)垂直采空区最大偏应力随采空区直径的增加呈现出先快速增加后缓慢增加的趋势,最大应变则随采空区直径的增加而呈线性增加;(3)垂直采空区的安全问题主要受到应力水平的控制,采空区直径不宜超过800 mm;(4)水平采空区最大偏应力和最大应变均随水平采空区直径的增加而呈现出单调增加的趋势。结论认为:垂直采空区的直径可以达到比较大的临界值,其安全性主要属于采空区井壁强度问题;而水平采空区的临界直径值则比较小,其安全性主要属于采空区稳定性问题。