海上高效电动液压坐封脱手一体化工具的研制

海上完井多采用电缆火药爆炸形式进行封隔器的快速投放,存在较大的安全隐患和管理风险。为此,研制了海上高效电动液压坐封脱手一体化工具,并对工具进行了强度分析和现场试验。工具采用电-液动力装置可将电能转化为35 MPa的较高输出油压,同时配备出口单向阀、高压溢流阀和浮动活塞装置,保证了动力装置的工作安全性。创新设计了4级活塞,可将动力装置的输出油压转化为400 kN的推力载荷。现场试验结果表明:工具可实现一键式完成封隔器坐封和脱手功能,各项技术指标均符合设计要求,提高了现场作业的效率和安全性。所得结果可为工具的进一步优化和现场应用提供参考。     

新型高温高压封隔器组合式胶筒结构设计及试验

针对完井封隔器的胶筒存在耐温、耐压和循环测试可靠性等不足的技术难题,研制了符合API 11D1-V3级别的耐温170℃、耐压41 MPa的组合式胶筒.设计了三胶筒组合的胶筒结构,优先选了胶筒材料,并对关键尺寸进行计算和优化.建立有限元模型,分析了胶筒的接触应力和密封性能.按照API 11 D1-V3级别进行室内测试,并...     

砾石充填服务管柱防窜力学分析及解决方案

海上砾石充填完井防砂作业中,井下工具的相对位置是影响其功能实现的关键因素。为了保证内层服务管柱与外层管柱的位置准确性、选择合适的井下负荷定位工具及最佳压载吨位,对充填作业中及作业后的服务管柱进行了受力分析,建立了充填流体作用于完井管柱的力学模型,并推导出井下负荷定位工具的最佳压载吨位,模型假设井下负荷定位工具为承载点,管柱轴向窜动负载受流体循环压差、管柱热胀冷缩以及管柱弯曲等因素的影响。试验井模拟试验和现场实例分析表明,管柱力学模型与实际作业情况基本吻合,验证了在砾石充填作业过程中使用配套井下负荷定位工具的必要性,为现场作业提供数据支持,并对异常情况进行预判。     

CTOD试验方法与转子材料的延性断裂性能

对国标GB/T 21143—2007和美标ASTM E1820-08a中的CTOD(crack tip opening displacement)计算公式和阻力曲线评定方法进行对比研究,采用柔度法完成汽轮机转子材料Cr2Ni2MoV钢的CTOD试验,并分别根据两个标准对试验结果进行分析。结果表明,GB/T 21143—2007中的CTOD计算公式和钝化线方程存在不合理的表达,对其进行相应修正;根据ASTM E1820-08a得到的CTOD值通常稍低于由GB/T 21143—2007得到的结果;钝化线方程的选取对启裂CTOD临界值的确定影响显著。     

基于材料断裂韧度测试的COD换算方法研究

考虑到断裂韧度J积分塑性分量的塑性功由载荷与加载线位移关系得到,通过测试CT(compact tension)和SEB(single edge bending)试样的裂纹嘴张开位移实现J积分计算,提出适用于两种试样的裂纹嘴张开位移与加载线张开位移转换的换算公式,并采用45钢CT试样和30CrMo钢SEB试样对新公式进行有限元数值比对和试验比对。结果表明,新公式结果与规范演算结果之间的相对误差不超过0.4%,与有限元分析结果之间的相对误差不超过0.6%,与CT试样试验结果之间的相对误差小于4.5%,与SEB试样试验结果之间的相对误差小于6%。     

穿越式插入密封工具的研制

以120型工具为例,通过一体式穿越结构创新设计,然后进行有限元数值模拟优化,最后进行功能试验和下井测试,达到了35MPa承压和穿越电缆管线的设计要求,满足细分层系注采的作业需要,对海上智慧油田建设意义重大。     

锆合金薄壁细管的单调拉伸与低周疲劳试验研究

利用自行研制的高温夹具完成了Zr-1Nb合金和Zr-4合金薄壁短管试样不同温度下的单调拉伸和375℃下的等幅低周疲劳试验,获得了两种锆合金的单调和循环本构关系及Manson-Coffin寿命估算模型。研究结果表明：Zr-1Nb合金和Zr-4合金的弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及应变硬化程度明显下降。随着温度的升高,温度对Zr-4合金的应变硬化程度的影响逐渐减弱;应变速率对Zr-4合金的拉伸性能的影响微弱。在等幅应变循环过程中,Zr-4合金表现为循环硬化,应变幅越低,硬化现象越明显;Zr-1Nb在较低应变幅下表现为循环硬化特性,而在较高应变幅下表现为循环软化。相对于单调拉伸行为,Zr-4合金在不同温度下的循环行为均表现出明显的强化特性。     

延性材料全阶段单轴本构关系获取方法

材料拉伸直至破坏的单轴本构关系对于材料与结构的大变形分析和裂纹问题中的变形行为研究有重要意义。该文提出一种将实验与数值分析相结合获取材料拉伸直至颈缩破断全程本构关系的新方法——TF法(tensile test-finite element method)。通过构造初始微小缺陷实现拉伸试样的颈缩有限元模拟;应用自制对中夹具,结合DIC(digital image correlation)方法和应变传感器来测量材料拉伸全程的标距位移、试样颈缩根部直径和颈缩区轮廓线;应用逐步逼近原理并借助开发的ANSYS APDL命令流程序实现材料全程单轴真实本构关系求解的迭代计算。应用TF方法得到的全程材料本构关系对SS316L和T225NG合金拉伸试样的颈缩行为进行有限元模拟分析,结果表明:颈缩区两端的载荷-位移曲线、最小截面直径-位移曲线和颈缩区轮廓线的数值分析结果与实验结果吻合良好;对SS316L小曲率半径漏斗试样的载荷-位移曲线的模拟结果也与实验结果吻合良好。还给出SS316L和T225NG合金两种材料的Ramberg-Osgood全程单轴本构模型参数与等效破断应力应变,讨论两种材料单轴拉伸试样破断时颈缩根部横截面的应力分布。     

COEC微小试样用于延性断裂行为评定的规则化法研究

在材料断裂行为评定中,试样小型化不仅具有取样方便和节约成本的优点,而且对满足特殊取样要求的断裂韧度测试有重要工程意义。采用含外侧边裂纹C形压缩（C-shaped outside edge-notched compression, COEC）小试样,基于量纲一载荷分离理论发展了其用于获取延性材料的断裂韧度的规则化测试方法。采用A508-III压力容器钢完成了不同规格COEC、紧凑拉伸（Compact tension, CT）和单边裂纹弯曲（Single edged-notched bending, SEB）试样的J阻力曲线试验。结果表明,相比试样厚度,初始裂纹长度对COEC试样的J阻力曲线测试结果影响更大。同时,由于COEC试样具有更高的裂尖约束水平,其J阻力曲线明显低于标准CT、SEB试样的结果。