扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价

以K344-114型扩张式封隔器为研究对象,基于橡胶材料的Mooney-Rivlin本构模型,运用有限元分析方法按照封隔器坐封过程和坐封后两种工况,对封隔器的非线性接触力学行为进行了模拟研究,分析了坐封过程中施加载荷与轴向压缩距的关系以及坐封后的强度、接触应力和摩擦力校核。分析结果表明:在封隔器坐封过程中,中胶筒首先与套管发生接触,当压差达到一定值时胶筒扩张到与套管接触,封隔器完成坐封;坐封后胶筒的应力集中于胶筒的肩部;胶筒与套管之间的摩擦力、接触应力均能满足分层注水工艺设计要求,能够有效封隔15 MPa的层间压差。     

扩张式封隔器胶筒高温密封性能试验装置研制

扩张式封隔器胶筒高温密封性能的好坏直接影响作业措施的成败,并最终影响油田的整体产能开发。开发设计一套成本较低、满足使用要求的扩张式封隔器胶筒高温性能检验装置,对于提高油田在用扩张式封隔器制造质量,提升油田作业率,减少经济损失具有必要性。     

压缩式封隔器接触力学行为及坐封效果评价

针对Y341-114型压缩式封隔器,采用Yeoh橡胶本构模型,在封隔器坐封和坐封后两种工况下,运用有限元分析方法对封隔器的非线性接触力学行为进行了模拟研究,分析了该封隔器坐封过程中施加的载荷与轴向压缩量的关系以及坐封后的强度、接触应力和摩擦力校核。结果表明:在封隔器坐封过程中,中胶筒首先与套管发生接触,其次是上胶筒,最后是下胶筒;封隔器坐封后胶筒的应力集中于胶筒的肩部,其中下肩部应力集中现象尤为明显;胶筒与套管之间的摩擦力、接触应力均能满足分层注水工艺设计要求,能够有效封隔15 MPa的层间压差。     

胶筒系统接触有限元优化设计

为了研究封隔器胶筒几何参数对密封性能影响,将套管、隔环、中心衬管和胶筒作为一个系统建立接触有限元优化设计模型。应用ANSYS的参数化设计语言APDL,编制其命令流。研究了几何特征参数和峰值接触压力之间的关系并进行了参数优化设计。结果表明：胶筒的总厚度对密封性能影响很大,胶筒子厚度对密封性能影响较小,胶筒的高度对密封性能的影响存在最优方案,接触倾角选取必须慎重。高度和接触倾角双因素优化设计结果显示：与初始方案相比,高度降低37.5%,接触倾角降低8.9%,峰值接触压力升高13.38%。     

压缩式封隔器胶筒失效因素分析及措施

压缩式封隔器胶筒是封隔器的关键部件,对封隔器的工作效果起决定性作用。压缩式封隔器胶筒密封失效对生产正常运行的经济性、安全性危害极大。经压缩式封隔器胶筒模拟试验和现场试验,分析出压缩式封隔器胶筒失效的因素,通过优化压缩式封隔器胶筒的结构和提高施工工艺水平,可以有效的改善压缩式封隔器胶筒的密封性能。     

液压封隔器胶筒座封过程数值分析

液压封隔器是通过水力作用使胶筒在套管环空内鼓胀 ,而与套管内壁接触并产生一定接触压力 ,克服了封隔器上、下套管环空液流产生的压差 ,达到分层目的。在座封过程中 ,胶筒产生较大的几何变形 ,此时橡胶材料特性是非线性的 ,胶筒与套管内壁的接触过程也是一个状态非线性问题 ,即封隔器胶筒的座封过程是一个兼有状态、几何和材料的三重非线性问题。采用数值模拟方法 ,对封隔器胶筒压缩过程、座封后胶筒与套管的接触压力分布规律及胶筒与套管内壁之间摩擦系数对接触压力分布规律的影响进行了分析。研究结果表明 ,封隔器座封完成以后 ,上胶筒与套管的接触压力最小 ,中胶筒和下胶筒的接触压力依次增大 ,整体分布呈二次曲线形式。从单个胶筒来看 ,3个胶筒与套管接触面上的压力分布规律并不相同。上胶筒表面的接触压力呈拱形分布 ,而中间胶筒和下胶筒的接触压力呈鞍形分布。随着摩擦系数的增加 ,3个胶筒的接触压力都将降低 ,同时摩擦系数的变化也改变了 3个胶筒与套管接触压力的整体分布格局。当摩擦系数为 0 .3时 ,3个胶筒与套管接触压力最大值的变化梯度基本相等 ;当摩擦系数大于 0 .5时 ,只有下胶筒维持较高的接触压力。利用数值模拟方法 ,可以得到不同摩擦系数条件下胶筒的压缩位移与座封载荷变化的关系曲     

燃煤电厂FRP排烟筒筒体对接接头的结构优化

为了优化燃煤电厂悬挂式玻璃纤维增强塑料(FRP)排烟筒筒体之间对接接头连接结构,采用理论计算分析以及对FRP筒体双搭接结构试验件进行拉伸实验的方法,分别研究了搭接区域的厚度、倒角结构和筒体末端预胶接对FRP排烟筒对接接头的拉伸强度、破坏载荷以及破坏形式的影响。结果表明:接头连接试验件的拉伸强度随着搭接区域厚度的增加呈现先增加后减小的趋势,破坏载荷先增加后趋于稳定,当搭接区域厚长比达到8.5%时,拉伸强度和破坏载荷达到最大值;搭接区域倒角结构和接头末端预胶接能够提高接头连接件的拉伸强度和破坏载荷;随着搭接区域厚度的增加,接头连接试验件的破坏形式出现纤维断裂破坏、搭接区域剥离破坏和被连接件的剪切分层破坏。最后,建议FRP排烟筒接头采用倒角和预胶接结构形式,以提高排烟筒的整体受力性能。     

液压封隔器胶筒座封过程数值分析

液压封隔器是通过水力作用使胶筒在套管环空内鼓胀，而与套管内壁接触并产生一定接触压力，克服了封隔器上、下套管环空液流产生的压差，达到分层目的。在座封过程中，胶筒产生较大的几何变形，此时橡胶材料特性是非线性的，胶筒与套管内壁的接触过程也是一个状态非线性问题，即封隔器胶筒的座封过程是一个兼有状态、几何和材料的三重非线性问题。采用数值模拟方法，对封隔器胶筒压缩过程、座封后胶筒与套管的接触压力分布规律及胶筒与套管内壁之间摩擦系数对接触压力分布规律的影响进行了分析。研究结果表明，封隔器座封完成以后，上胶筒与套管的接触压力最小，中胶筒和下胶筒的接触压力依次增大，整体分布呈二次曲线形式。从单个胶筒来看，3个胶筒与套管接触面上的压力分布规律并不相同。上胶筒表面的接触压力呈拱形分布，而中间胶筒和下胶筒的接触压力呈鞍形分布。随着摩擦系数的增加，3个胶筒的接触压力都将降低，同时摩擦系数的变化也改变了3个胶筒与套管接触压力的整体分布格局。当摩擦系数为0．3时，3个胶筒与套管接触压力最大值的变化梯度基本相等；当摩擦系数大于0．5时，只有下胶筒维持较高的接触压力。利用数值模拟方法，可以得到不同摩擦系数条件下胶筒的压缩位移与座封载荷变化的关系曲线。将实际胶筒座封试验测得的胶筒的压缩位移变形量随座封载荷的变化关系与数值模拟结果进行对比，可以确定胶筒与套管的实际摩擦系数。     

压缩式封隔器胶筒接触力学行为有限元分析

以Y341-114型压缩式封隔器为研究对象,基于Mooney-Rivlin橡胶本构模型,对封隔器胶筒的非线性接触力学行为进行有限元模拟,分析了胶筒轴向压缩距及胶筒与套管壁间接触应力分布与坐封载荷之间的关系。仿真结果表明,封隔器胶筒与套管壁间的接触应力和胶筒轴向压缩距均随坐封载荷的增大而增大;坐封载荷较高时,上胶筒与套管之间的接触应力最大,起主要密封作用的是上胶筒;坐封载荷较低时,中胶筒与套管之间的接触应力最大,起主要密封作用的是中胶筒。     

逆解法求封隔器胶筒与石油套管内壁挤压应力

由于胶筒位于套管内部，周围有油和水，工作环境极复杂，无法用直接测量或数值法得到挤压应力。作者利用电测法测出套管外壁应变，再结合有限元法，由测得的应变反算出封隔器胶筒与套管之间的挤压应力。结果表明，成功地为研究胶筒封隔器的工作状态提供了有效方法，并可为优化设计提供有价值的数据。     

基于纳米流控系统的封隔器胶筒材料及其温变压变特性

基于纳米流控系统特殊的压力-体积变化特性,提出了一种封隔器胶筒材料。该材料由仿生蜂窝骨架包覆纳米流控系统构成,具有优良的抗剪切性能与压力传递性能,同时具备纳米流控系统的自适应形状调节能力。以MFI型沸石-甘油所组成的纳米流控系统为例,实验分析了所述封隔器胶筒材料的可重复使用性、压力阈值及有效形变量随温度及压力的变化规律。结果表明:所测试系统在经历3次加载/卸载循环后即达吞吐平衡,具有良好的可重复使用性。环境温度增高,系统的压力阈值线性减小,有效形变量线性增大。不同于传统材料的热胀冷缩效应,该材料具有类似"热缩冷涨"的温变特性,可减小封隔器密封失效风险。通过调节纳米流控系统配方,可获得具有良好抗温变、抗压变能力的封隔器胶筒材料。     

格栅尾翼(舵)外形参数对气动特性的影响

为研究格栅尾翼/舵主要几何参数--格数、格壁厚度、格壁前缘倒角对其气动特性的影响,在翼高、翼宽、弦长一定的条件下,设计了一组具有不同格数、格壁厚度和格壁前缘倒角的格栅尾翼模型,进行了风洞测力实验,得到了格数、格壁厚度、格壁前缘倒角对气动特性影响的基本规律.基于对实验结果的分析,提出了适于滑翔增程制导武器采用的格栅尾翼气动外形参数的选择方法及对结构设计和材料的要求.     

纵倾角对筒基平台气浮拖航影响模型试验研究

以某四筒一简型基础平台为对象,就不同后倾纵倾角（后倾角）拖航组合,采用1：20的模型进行顺浪和逆浪下的拖航试验．通过测定各试验组合拖航过程中平台运动加速度、筒内气压力、筒底水压力以及拖缆力变化,并对试验数据进行对比分析,得到纵倾角对筒型基础平台拖航基本力学参数的影响,进而得出其对平台拖航稳性的影响．结果表明：设置一定的后倾角,可明显降低筒型基础平台拖航时的摇摆以及升沉运动的幅度,但后倾角对提高平台拖航稳性是有限的,与逆浪拖航相比,后倾角对平台顺浪拖航影响较大．对于该四筒一筒型基础平台,在顺浪和逆浪拖航中,当设置1。的后倾角时,平台的拖航稳性和耐波性均最高．     

矩形开槽钢管混凝土柱的受压承载性能

为分析环向钢管对核心混凝土受压承载性能的提高效果,对15个矩形开槽钢管混凝土柱进行轴压试验,研究倒角半径和钢管厚度对其受压性能的影响.基于圆形箍筋约束混凝土的极限应力计算模型,引入考虑截面形状的承载力折减系数,提出了矩形开槽钢管混凝土柱极限应力计算模型.结果表明,矩形开槽钢管约束混凝土柱的受压性能与钢管厚度及倒角半径密切相关,且钢管的开槽构造能够有效地避免钢管的纵向屈服.倒角半径越小,钢管约束效果越差,应力-应变曲线在屈服后会出现下降段,且钢管厚度越小,峰值后荷载下降越快.倒角半径越大,约束效率越高,应力-应变曲线在屈服后较平缓或出现上升段,但钢管厚度较大时,其环向约束效果下降,极限应力提高幅度也明显下降.     

回转窑筒体有限元分析

利用有限元软件ANSYS计算回转窑筒体的结构应力和热应力分布状况,把筒壳、窑衬及物料作为一个系统,对筒体和窑衬进行分层、分段建模,研究筒体的轴向厚度、窑衬轴向的材质和物料对筒体结构应力的影响。分析不同厚度筒体的应力分布,得到筒体厚度对结构应力的影响规律。热应力分析结果表明:在筒体的支撑位置热应力较大。分析结果为回转窑筒体的设计和优化提供理论指导。     

裸眼井中膨胀管外壁胶筒的井眼适应性分析

为了更加合理地对裸眼井膨胀管外壁定型胶筒井眼尺寸进行选择,建立了膨胀管、胶筒、井眼和膨胀锥三维有限元模型并对其膨胀过程进行非线性有限元分析。通过对直径为194 mm的膨胀管在不同井眼下的膨胀过程进行分析后发现:随着井眼直径的减小,胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力逐渐增大,井眼直径为218 mm时胶筒前端和末端橡胶体积变化显著,造成该处的密封性能下降。因此,采用的定型胶筒应避免在直径小于218 mm的井眼中使用。在胶筒稳定膨胀阶段,226 mm和230 mm的井眼胶筒所需膨胀力相差不大,波动幅值平稳。同一井眼中,最先膨胀的胶筒压缩率、接触压力及所需膨胀力都高于后膨胀的两个胶筒,但是随井眼直径的增大,三个胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力不再受膨胀的先后顺序影响。此外,随着井眼直径的增大,胀后胶筒处的膨胀管残余应力逐渐减小。同时膨胀管内外壁残余应力的波动逐渐减弱,大小趋于相等。可见研究结果为裸眼井中膨胀管外壁胶筒的选型以及膨胀管的井眼适应性提供了理论基础。     

钢管混凝土斜靠式拱桥静力性能及参数分析

为研究斜靠式钢管混凝土拱桥的结构受力特点以及稳定特征,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,分析了其主要结构参数(矢跨比、吊杆间距、斜拱倾角、横撑数量及位置)对结构静力性能的影响.经过结构参数对比计算分析发现:当矢跨比由1/5变化至1/6时,内力值将出现较大幅度增加;吊杆间距的增大和横撑数量的减少对斜拱受力不利;倾角的减小...     

铝电解槽阳极形状对气泡排出的影响

铝电解槽阳极气泡行为对工艺参数敏感,因此,采用透明电解槽研究阳极倾斜和阳极倒角对气泡析出行为的影响.结果表明:当阳极倾斜度较小(小于2°)时, 倾角的变化对气泡行为影响较小;当阳极倾斜度大于2°时,阳极倾斜角的增加会明显加速气泡运动速度但减小气泡尺寸和覆盖率;在倾斜阳极上观测到类似“Fortin”气泡;阳极倒角会一定程度减小气泡尺寸和覆盖率,但对加快气泡脱离速度的作用并不显著.     

海上风机复合筒型基础负压沉放调平

复合筒型基础是一种巨型宽浅式负压沉箱基础,其筒内设置分舱以对托航、沉放、调平等进行控制.渗流与负压是筒型基础重要的研究内容,而目前尚未发现对复合筒型基础的相关研究.针对复合筒型基础,通过数值模型研究了其沉放调平渗流特性,以出口水力梯度为控制条件,建立了均质砂土中临界负压计算公式,并与无分舱板情况进行比较;最后分析了土质分层和渗流"反作用"对渗流场的影响.结果表明:分舱板使筒型基础沉放临界负压降低约10%,调平临界负压随倾角迅速下降;分层土体中相对渗径变长,临界负压增大,不容易发生渗透破坏;渗流使筒内土体疏松,渗透系数变大,造成内侧土体中水力梯度减小,对土体渗透稳定起到保护作用.     

新型水平井不动管柱封隔器分段压裂技术

通过分析水平井分段压裂技术现状,提出一种新型水平井不动管柱封隔器分段压裂工艺技术.介绍新型工艺技术的管柱结构、工艺原理及创新点,并利用ABAQUS有限元分析软件对工艺管柱进行力学分析.结果表明:新型分段压裂工艺管柱能达到力学设计要求;新技术的创新点在于能够实现一趟管柱完成2～3层段分段压裂,设计封隔器长胶筒摩擦锚定,降低安全事故的发生, 设计工具挡砂传液机构,有效避免工具内腔进砂引起的事故,管柱无卡瓦锚定,可以反洗井,整个压裂施工可以在一天内完成,施工简单,可以有效节省作业时间和作业费用.