海上完井防砂密封模块密封性能研究

密封模块是海上油气田完井防砂和生产管柱中常用的密封组件,其密封可靠性对于现场作业安全至关重要。为研究密封模块的密封性能,基于参数化建模方法,利用ANSYA软件建立密封模块轴对称有限元分析模型,确定橡胶件材料常数,计算其接触压力与等效应力,进行密封模块关键影响因素分析。研究表明,橡胶件硬度 与初始压缩量越大、钢件与密封筒间隙越小,橡胶件接触压力越大。而橡胶件等效应力受硬度影响较大,设计时推荐橡胶件邵氏硬度大于90,初始压缩量大于0.15mm,接触宽度大于4mm,钢件与密封筒的间隙小于0.15mm,基于文章理论方法和结论自主设计的密封模块已在海上油田得到成功应用。     

断裂韧性测试的量纲一载荷分离方法及应用

针对现有载荷分离理论存在的量纲不等问题进行研究,提出基于量纲一相似原理的改进载荷分离方法,获得普适意义的载荷分离参数与测试位移关系曲线.为了推广载荷分离方法在材料断裂韧性测试中的应用,利用Visual Basic Language开发了用于材料断裂韧性的测试软件(J LSS).结合汽轮机转子钢Cr2Ni2MoV、316L不锈钢材料以及紧凑拉伸（CT）试样,应用测试软件研究现有载荷分离方法与改进载荷分离方法在材料断裂韧性测试中的差异.结果表明：基于量纲一的理念完善了载荷分离理论;改进的载荷分离方法消除了参考钝裂纹试样对测试结果的影响,可以用来精确测试材料的断裂韧性.     

基于70.3°圆锥形压头的材料压入测试方法研究

依据压入理论和弹塑性接触有限元分析,提出了采用70.3°锥形压头完成压入测试并基于能量方法获取金属材料本构关系的方法(Constitutiverelationshipbasedonenergymethodofindentation,CR-EMI)。该方法揭示锥形压入能量比与Hollomon屈服应力之间存在线性律,结合该线性律和载荷P-位移h曲线实现了材料Hollomon模型参数求取;同时,提出采用Hollomon模型参数并基于能量方法预测布氏硬度的方法(HardnessbasedonEnergyMethodofIndentation,H-EMI)。通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析,验证了CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性。     

获取材料本构关系和硬度的压入法研究

依据锥形压入试验和弹塑性接触有限元分析,提出基于能量原理预测金属材料本构关系的CR-EMI方法。通过该方法揭示锥形压入能量比与表征应力之间存在线性律,提出通过压入曲线(P-h曲线)获取材料本构关系的关系式,根据Hollomon本构关系模型预测硬度的H-EMI方法。通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析,验证CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性。     

海上完井封隔器胶筒试验装置设计及应用

设计了封隔器胶筒试验装置,可通过机械和液压2种方式压缩胶筒坐封,能够实现对单胶筒和多胶筒组合的密封检验,具有实时锁紧和快速复位、预先设置压缩行程及上下环空双向验封功能。试验和应用结果表明:该装置实用性强、操作方便,解决了以前只能通过封隔器配合使用才能完成对胶筒密封性能检验的局限。     

海上砾石充填新式滑套作业性能分析

充填滑套主要应用于砾石充填完井防砂作业中,为解决现有滑套误打开和无法关闭的问题,研究新式滑套结构和力学性能。基于受力分析和有限元模拟,建立新式滑套滑动爪力学理论模型和三维有限元分析模型,研究滑动爪结构应力分布与作业性能,并进行功能试验验证。研究表明,理论计算方法存在一定的误差,有限元模拟结果相对比较精确和可靠,功能试验发现若滑动爪最大应力超过屈服极限,作业过程中结构本身会发生一定的塑性屈服变形,试验结果值偏小,设计滑动爪结构时应特别注意。     

直通型CT试样COD弹塑性换算

基于刚性转动假设和功等效原理,推导了直通型CT试样的裂纹嘴张开位移和加载线张开位移弹塑性换算公式,并采用Cr2Ni2MoV钢对公式进行试验验证.根据弹塑性有限元分析,刚性转动假设得到了很好的验证,刚性转动中心靠近裂尖位置且受材料本构关系的影响甚微,转动半径R仅与裂纹长度和试样宽度之比a/W有关.有限元分析和试验结果表明,直通型CT试样的COD弹塑性换算公式用于塑性功计算具有更好的精度.     

35MPa环空放气阀设计及试验

环空放气阀是油气井中控制油管和套管环空通道的主要工具.研制了一种新型环空放气阀,密封面为球面金属密封.通过理论计算、有限元分析、室内试验,对环空放气阀进行设计分析和验证.结果表明,内部/外部压力产生的轴向力始终使金属密封面压紧,且内部/外部压力越大,密封面的压紧力越大;在额定工作压力35 MPa条件下,最大应力为193...     

可换向选择性通过机械定位器的研究与应用

井下定位器是完井作业的关键工具,其定位准确性的高低直接影响整体作业的成败.针对现有井下定位器在多次重复定位时易失效的缺点,研制了可换向选择性通过机械定位器.该定位器只需要上提和下压即可实现找位和定位,操作简便且降低了定位失效的风险,提高了作业效率.对机械定位器关键零部件进行了理论分析和计算,分析结果表明:定位器在通过定...     

30Cr2Ni4MoV转子钢II型裂纹的疲劳扩展行为

材料疲劳裂纹扩展(Fatigue crack propagation,FCP)速率是表征材料抗疲劳破坏的重要力学性能指标,是对核反应堆工程、化工、航空、航天、高铁等关键工程进行结构完整性评价的重要依据。采用Arcan试样对30Cr2Ni4MoV转子钢的II型裂纹疲劳扩展行为进行研究,结合已有裂纹扩展方向预测准则对II型裂纹疲劳扩展方向进行预测,结果表明,最大周向应力准则可以较好地预测II型裂纹疲劳扩展方向。采用紧凑拉伸(Compact tension,CT)试样获取30Cr2Ni4MoV转子钢的I型裂纹疲劳扩展速率,对比I型裂纹和II型裂纹的疲劳扩展试验获得的FCP速率与J积分范围关系趋势,二者较为接近。针对30Cr2Ni4MoV转子钢,依据Arcan试样获得的II型裂纹疲劳扩展速率试验结果可用于结构裂纹扩展剩余寿命的预测。