多重阀门关闭降低高压管道水击压力的机理和实验研究

高压管道中阀门的关闭会产生水击压力,水击压力过大会破坏管道系统,造成严重的安全事故。提出一种多重阀门关闭降低水击的新方法。为了得到管道内水击压力,采用CFD软件仿真进行计算。多重阀门关闭方法相较于一般的单个阀门关闭,有效地降低了管道中产生的水击压力;并通过试验验证了多重阀关闭方法的有效性。在此基础上完成了双阀门关闭模型的各参数影响水击压力数值的模拟仿真计算,得到上游阀门开度、阀门关闭速度、两阀门间距对水击压力的影响规律。通过对比三阀门关闭模型的水击压力模拟仿真计算,得到双阀门是最优选择的结论。研究结果提出了一种降低高压管道中的水击压力的新方法,对高压管道的安全输送有重要意义。     

稠油热采井补贴管管柱界面粘脱分析与防治

稠油井注汽热采过程中,热应力易使补贴管与水泥环之间出现微裂缝、微环隙,致使界面出现粘脱现象,进而导致补贴失效。为延长补贴管使用周期,首先基于井下管柱三轴热应力理论与界面破坏准则,运用ABAQUS有限元软件建立热采井补贴管热力耦合三维有限元模型,模拟实际注蒸汽热采过程,得出补贴管-水泥-旧套管-水泥-地层系统的温度场、应力场分布规律及补贴管界面粘脱情况,并研究不同注汽温度、注汽压力、胶结强度等因素对补贴管界面黏结状态的影响;随后将预应力技术应用于补贴管二次固井过程中,并在不同工况下将施加预应力技术前后补贴管界面粘脱状态进行对比,界面粘脱长度显著降低;最后确定了不同温升条件下的预应力施加值,为二次固井与套损治理提供指导意义。     

区间分析法在精细注水管柱设计方面的应用

随着油田开发进入中后期,油层及夹层的厚度越来越小,传统的大卡距大间距分层注水工艺管柱设计已经不 能满足要求,为了提高采油效率,小卡距的精细分层注水工艺应运而生,然而此工艺具有卡封层数多和单层卡距小的 特点,这对管柱力学量的精确计算提出了更高的要求。针对此问题,提出了一种区间分析法,考虑了管柱变形量的主 要不确定因素,建立了三维不确定性管柱力学模型并得到了管柱变形量区间,最后结合现场数据对分析结果进行了验 证,结果表明：现场数据与设计数据高度吻合,提高了注水合格率,对精细注水管柱的设计具有一定的指导意义。     

液压环境下流体对管柱单元XYZ方向作用力分析

通过对液压环境(即静流体作用)下的管柱进行离散分析,说明了现有模型在分析静流体对管柱单元作用力时的不足。采用微元法结合高斯公式对静流体下管柱单元的受力进行了分析,运用先补全,再减去所补面积的等效方法,得到了静流体对管柱单元侧面产生的作用力的理论计算方法。建立了液压环境下,静流体对任意管柱单元(直线单元或曲线单元)X、Y、Z方向作用力和浮力系数的理论计算模型。基于相关理论计算模型,结合ANSYS有限元进行模拟计算,得出了在水深300m~3000m处,30°和90°等曲率圆弧管柱的X、Y、Z方向作用力的理论计算结果与ANSYS模拟分析结果。相关结果对比表明:ANSYS有限元计算结果与理论计算结果间最大的绝对误差不足0.4%,验证了本文建立的理论计算模型的正确性。     

屈曲分析在游车大钩稳定性评估中的应用

为了准确对游车大钩在钻井作业过程中,在钻机额定载荷作用下的稳定性评估,基于结构稳定性理论,建立了游车大钩有限模型。开展了对游车及大钩稳定性有限元分析,确定了游车大钩在额定载荷作用下,各关键零部件的前五阶失稳形态及稳定安全系数。结合现场试验,验证了计算模型及结果的正确性。试验及分析结果为游车大钩稳定性校核提供了必要的依据,对游车大钩的设计及优化具有指导意义。     

动力猫道推块液压缸杆稳定性的研究

针对动力猫道推块液压缸杆使用过程中容易产生失稳的现象,分析了缸杆的受力特点及其失稳原因。在失稳临界力理论计算公式推导过程中,针对欧拉公式存在的不足,应用了修改后的边界条件,并综合考虑了液压缸杆安装及导向系数的影响,得出了推块液压缸杠临界力的计算公式。同时针对现场使用的某型号推块液压缸杆在简化其试验试件的基础上进行了稳定性试验研究。通过对比试验研究得出的试件临界力与理论计算的临界力,说明了计算公式的正确性。最后,采用有限元软件Workbench对液压缸杆进行了稳定性数值模拟,其结果显示理论计算的临界力与有限元分析的结果基本一致,进一步说明了计算公式的正确性。     

基于PSO–GPR含缺陷管道失效应力预测

传统对含缺陷管道失效应力的预测方法存在误差偏大的问题。针对该问题,利用MATLAB软件建立基于PSO–GPR（particle swarm optimization–Gaussian process regression）含缺陷管道失效应力预测模型。通过对60组含缺陷管道的试验数据进行测试,发现预测结果与实测结果均在95%置信区间内,表明可以将均值作为预测结果。对预测结果进行分析表明：高斯过程回归的预测结果与实测结果的最小相对误差为0.003%,最大相对误差为1.205%,平均相对误差为0.319%,基于预测结果和实测结果的散点均落在曲线y = x的 ±1.3%误差带中,验证了高斯过程回归预测模型的准确性,为管道的工程实际应用与维修提供较为精准的判断依据。

     

井眼轨迹控制工具主轴力学行为分析

采用梁单元模型对井眼轨迹控制工具主轴进行简化,基于动态有限元显示积分算法,分析了主轴转速、偏移量及钻压对主轴力学行为的影响。结果表明:主轴转速及钻压对主轴力学行为影响较小;随着偏移量的增加,偏心环作用力、下支撑轴承作用力、钻头侧向力逐渐增加。并通过室内试验,验证了主轴力学行为仿真分析的正确性。     

脉冲式增压器增压特性研究

由于深井、超深井数量的增加,传统机械式钻头破岩钻井已无法满足钻井效率需求。为此设计了脉冲式增压器用以提高深井、超深井钻井效率,降低钻井成本。基于所设计的增压器的结构和工作原理,考虑螺杆转速、高压喷嘴直径、钻井液密度和冲程等因素对增压效果的影响,建立数学模型。在此基础之上,考虑脉冲式增压器不发生自锁的条件,并分别分析转速、钻井液密度、高压喷嘴直径和冲程对增压频率、喷嘴流速和增压压力的影响。得到增压器各影响因素与增压特性之间的关系。旨在为设计的增压器提供理论支撑与优化依据。结论认为:高压喷嘴流速和增压压力随着螺杆转速、冲程的增大而增大,并且增压特性较好。随着高压喷嘴直径的增大出口流速和增压压力明显降低,增压能力明显变弱。随着钻井液密度增大,出口流速和增压压力稍微增大,其对增压特性影响不明显。喷嘴高压射流频率仅受转速影响,随着转速增大而增大。要想获得较好增压特性,螺杆转速应不低于100 r/min,活塞行程不低于25 mm,高压喷嘴直径不大于1.4 mm。     

水力振荡器流道口形状对阀前后脉冲压力幅值影响规律研究

水力振荡器流道口过流面积的周期性改变可以产生周期性压力脉冲周期性压力脉冲传到振荡短节,在蝶形弹簧的作用下,使振荡短节外壳产生周期性的轴向振动,从而使钻柱与井壁的静摩擦变为动摩擦,有效降低了摩阻,提高了钻压传递效率和钻进速度。水力振荡器的振荡效果很大程度上取决于轴向冲击力的大小和变化频率,即取决于流道口过流面积的变化规律。而在相同条件下不同形状的流道口过流面积的变化规律不同。为了获得更高效的水力振荡器,在一种涡轮式水力振荡器的研究基础上,分别采用矩形流道口、菱形流道口和圆形流道口进行流道口形状优化设计。通过对数值仿真得到的数据进行対比分析,发现菱形流道口的降摩减阻的效果优于另外两种流道口。