连续油管注入头管-块配合研究

连续油管注入头是连续管作业设备中操控连续油管下入和上提的重要装置,连续油管和摩擦块配合直接影响连续油管的工作性能与寿命,也决定着两者之间的夹持可靠性,直接影响到连续油管作业设备的安全。从连续油管作业设备中摩擦块与连续油管之间的接触工况入手,以11/2英寸连续油管设备注入头为对象,研究管-块接触时的受力状态,借助有限元分析软件,建立有限元分析模型并进行模型的参数化设计,通过对不同组合的管-块配合模型进行分析,求得连续油管-摩擦块之间的最优配合。     

连续管安全夹持摩擦系数允许区间研究

针对连续管作业机在现场作业过程中频繁发生连续管溜管、咬伤等问题,提出摩擦系数区间对连续管安全夹持的影响研究。利用实验研究和数值计算相结合的方法,在不同轴向力和夹紧力工况下,研究摩擦系数对连续管等效应力、等效塑性变形及连续管位移量的影响。以连续管屈服强度和2‰塑性变形为评判依据,得出连续管安全夹持摩擦系数允许区间为0.4~0.6。该研究为连续管安全作业具有一定的指导意义,并为夹持系统设计提供科学依据。     

连续油管作业的数字孪生及其下入性

连续油管是油气行业的重要工具,实际作业下入过程的存在与传动理论分析结果差异较大,倒是现场作业面临多次下入,造成连续油管的安全隐患。针对其下入性问题,提出了连续油管的数字化模型,建立了下入过程的接触状态算法、载荷分析物理模型,对下入的全过程进行同步孪生,实现了对下入连续油管实时计算的管柱承载状态与强度校核,以及对连续油管下入性的全过程分析。结果表明：连续油管下入过程中的接触状态随下入深度实时变化,管径比和摩擦系数是下入过程自锁判定的显著影响因素。本研究所提出的分析方法可有效服务于连续油管现场作业以及实时作业安全评估,并为连续油管的使用寿命分析提供重要依据。     

钻井连续循环系统卡瓦极限卡紧力分析

从钻井连续循环系统卡瓦的工作原理入手,分析了横向载荷与方瓦摩擦力的关系,揭示了卡在卡瓦中的钻杆的受力状态.将钻杆看作厚壁筒,采用弹性力学中的拉美公式求解钻杆内外受压的应力问题.钻杆外表面承受的摩擦力矩,看作圆筒扭转问题进行求解.考虑钻柱轴向拉力的影响,解决了钻井连续循环系统卡瓦极限卡紧力的计算难题,给出了卡瓦极限卡紧力的计算公式.以5吋和5.5吋钻杆作为算例,分析了钻井连续循环系统的使用范围,提出了钻井连续循环系统对钻杆钢级的要求.该方法可以用于指导钻井连续循环系统卡瓦的设计.     

顶驱下套管装置卡瓦牙的有限元分析

在套管下放作业过程中，顶驱下套管装置的卡瓦夹持套管柱是含有接触的非线性问题。应用有限元软件ANSYS Workbench，通过建立具有不同牙型的卡瓦分别夹持和旋转套管柱的仿真来进行应力分析，发现卡瓦牙的一些失效规律以及卡瓦的最薄弱环节，最终分析出卡瓦牙最优的结构形式，并提出了提高下套管装置工作时卡瓦的安全性和可靠性的若干建议。     

连续油管的工作能力计算

连续油管的刚度小 ,在承受纵向压力载荷时易发生正弦形、螺旋形弯曲 (失稳 ) ,因而难以承受有效的压力载荷 .讨论了连续油管在受压缩载荷时发生正弦和螺旋形弯曲的条件 ;建立了任意井眼轨迹时连续油管受力模型 ,提出了起升、下放作业时的力边界条件 ,从而可以确定连续油管的作业能力 .它包括是否可以下达预定井底并以期望的作业力进行作业 ,确定连续油管各点的受力大小和方向以判断该作业是否安全 .如果靠简单下放连续油管在井底不能实现预定作业力 ,则应使用加力器并在连续油管内部打压 ,采用迭代法求解 .同时 ,给出了简单下放和下放打压的计算实例 ,结果与实际工作相吻合     

复杂载荷耦合协作对连续油管极限承载能力的影响研究

针对连续油管在作业过程极易发生自锁、承受高内压等极限工作载荷,且在该极限载荷下极易失效的问题,以经典塑性极限载荷力学模型为基础,基于CAE技术,建立连续油管数值计算模型;并利用实验结果验证数值计算结果的可行性。利用已验证的计算模型研究1(1/4)″和2(3/8)″型号的连续油管在拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷下的承载能力。研究表明,在上述四种载荷中,得出内压和弯矩载荷是造成连续油管失效的主控载荷。根据计算结果,推荐了连续油管正常服役的载荷范围;并给出了不同载荷的极限载荷值。研究拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷对连续油管承载能力的影响,可有效避免连续油管提前发生失效和提高连续油管使用寿命。     

连续油管的工作能力计算

连续油管的刚度小，在随纵向压力载荷时易发生正弦形、螺旋形弯曲（失稳），因而难以随有效的压力载荷，讨论了连续油管在受压缩载荷时发生正弦和螺旋形弯曲的条件；建立了任意井眼轨迹时连续油管受力模型，提出了起升、下放作业时的力边界条件，从而可以确定连续油管的作业能力。它包括是否可以下达预定井底并以期望的作业力进行作业，确定连续油管各点的受力大小和方向以判断该作业是否安全。如果靠简单下放连续油管在井底不能实现预定作业力，则应使用加力器并在连续油管内部打压，采用迭代法求解，同时，给出了简单下放和下放打压的计算实例，结果与实际工作相吻合。     

角接触球轴承热特性分析及试验

为了预测并控制轴承运转过程中热态特性对进给系统精度的影响,基于球轴承拟静力学和摩擦生热理论,计算了包括自旋摩擦力矩在内的摩擦生热,分析了热传递方式,并建立了热传递模型和一种考虑接触热阻的球轴承组件有限元热结构模型。采用有限元法仿真轴承组件稳态温度场,搭建试验台测试了不同转速和载荷下轴承的稳态温度分布及轴向热位移。结果表明:转速和轴向载荷对轴承温升及轴向热位移影响较大,其中温升在10℃以内时,轴向热位移与温度线性关系明显;在温度场中,滚珠温度最高,内圈温度次之,外圈温度最低;仿真结果与测试结果相对误差在7%以内,可有效预测轴承在不同工况下的稳态温度场及轴向热位移。     

缺陷对连续油管极限承载能力影响分析

针对含有缺陷连续油管作业过程中极易发生卡断或拉断等事故,根据现场使用后的连续油管缺陷情况,把缺陷形状归为方形、球形和椭球形三种缺陷,并开展拉伸内压复合载荷工况下连续油管承载能力的研究。对比分析不同尺寸不同形状下含缺陷连续油管应力分布规律,在此基础上绘制轴向载荷(n=N/N_0)与内压载荷(p=P/P_0)包络线,通过现场数据直接判断连续油管是否在安全工作范围。通过有限元计算结果与API5C5标准计算结果验证有限元法的有效性和精确性。在此基础上开发含缺陷连续油管安全评估软件,获得不同型号不同缺陷形状情况下轴向载荷与内压载荷的包络线,为油田现场连续油管安全施工提供保障。     

基于摩擦系数的连续油管钻桥塞力学特性研究

为明确摩擦系数对连续油管水平井最大钻塞深度的影响,对直井段采用软杆模型,弯曲井段采用刚杆模型,结合屈曲状态分析,设计了连续油管临界锁死判别准则,实现了不同摩擦系数情况下连续油管底部保持一定钻压的最大下入深度计算。研究结果表明:连续油管的屈曲一般发生在垂直井段。增加连续油管最大钻塞深度的有效办法是减小摩擦系数和减小底部钻压;同时会减小螺旋屈曲程度,但会一定程度上增加注入头载荷。研究内容和研究结果对连续油管钻塞作业提供一定的理论参考。     

轴向载荷作用下连续管的抗内压/外挤分析

根据连续管在井下的应力状态,考虑轴向载荷,应用弹性失稳理论和von Mises屈服准则,对理想圆截面管进行抗内压分析,得出连续管的破裂压力.建立椭圆截面管的挤毁压力数学模型;运用有限元软件对连续管的挤毁压力进行计算机模拟分析;并对挤毁压力数学模型和有限元分析结果进行比较,二者吻合.     

材料物理参数对摩擦副热变形影响的研究

为了深入研究材料物理参数对液粘调速离合器摩擦副的热变形影响,建立了摩擦副的热机耦合数学模型,采用有限元法对液粘调速离合器应用于软启动工况时摩擦副的热机耦合过程进行求解,详细分析了热传导系数、弹性模量和热膨胀系数对摩擦副应力场分布的影响。研究结果表明:摩擦副内、外径产生反向轴向位移,位移场中可见碟形翘曲变形;增大对偶片和摩擦衬片的热传导系数均有助于减小摩擦副的热应力;减小对偶片的弹性模量或热膨胀系数能有效减小摩擦副各表面的应力。     

环空加砂压裂管柱流体压降分析及现场应用

连续油管(CT)水力喷射压裂技术是提高低渗透油藏开发效率的一种重要手段。选择压裂作业连续油管时需要考虑连续油管及套管的强度及尺寸,不仅要保证压裂施工作业过程中管柱结构安全可靠,而且还要保证压裂施工中高压力、大排量要求。环空喷射压裂作业就是为了满足现场施工大排量而采取的一种有效措施,然而,增大环空排量会增加环空流体摩阻压降,摩阻压降又会直接影响地面设备选择、以及井下压裂作业成功与否。因此,针对连续油管水力喷射压裂环空流的流动特点,通过理论分析及现场数据回归的方法开展连续油管环空喷砂压裂环空流体压降分析,主要研究内容包括:连续油管偏心、流体流变参数对压裂液环空流压降规律研究。分析结果表明:连续油管偏心降低了环空流体摩阻压降,且影响明显;流变指数及压裂管柱尺寸增加,油套环空流体摩阻压降增加;压裂液环空流压降为清水压降的36%,根据校正Gallego F理论模型可以准确预测压裂液环空流压降梯度变化规律。研究成果可为连续油管环空压裂施工及设计提供理论指导。     

冷轧组合式支承辊过盈配合面应力和微动滑移的分布及影响因素

采用ABAQUS软件建立冷轧组合式支承辊的三维模型,通过模拟带钢轧制过程获得不同工艺参数条件下支承辊辊套和辊芯之间过盈配合面的应力及微动滑移分布,并分析了辊套厚度、配合面摩擦系数、过盈量、轧制力、弯辊力等参数对过盈配合面应力分布及微动滑移量的影响规律。结果表明:过盈配合面上周向应力最大,径向应力次之,且二者均在轧辊压扁区达到最大;离支承辊长度方向对称面越远,过盈配合面上的微动滑移量越大,且压扁区边部的周向滑移量最大,压扁区中部的轴向滑移量最大;支承辊外径不变时,辊套厚度与过盈配合面等效应力成正比,与微动滑移量成反比;摩擦系数对等效应力影响很小,但与微动滑移量成反比;当过盈量增大时,配合面上的接触应力和应变都增大,微动滑移量先增加后趋于稳定;轧制力增大导致过盈配合面微动滑移量和轧辊压扁区等效应力增大,但弯辊力对等效应力及微动滑移的影响均较小。     

高温高压井测试油管轴向力的计算方法及其应用

针对高温高压井测试过程中油管受力及变形特点 ,在考虑油管螺旋屈曲段与套管之间摩擦力的情况下 ,提出了基于操作过程的计算测试油管轴向力的新方法。计算结果表明 ,摩擦力会改变油管轴向力的分布方式 ,使得轴向力分布与加载顺序有关。摩擦力大小和方向的改变 ,将使因高温高压产生的较大载荷无法向远处扩散 ,从而引起油管局部严重变形。该计算方法得到了室内模拟实验和常温常压井现场测试的验证 ,并成功地用于高温高压井的测试设计     

螺旋油楔轴瓦界面滑移现象分析

针对螺旋油楔滑动轴承非金属材料轴瓦的界面滑移现象,基于极限剪应力模型得到轴瓦表面考虑周向和轴向滑移的数学模型,并运用有限差分法,研究了界面滑移对二维螺旋油楔滑动轴承周向压力、滑移速度、承载力、端泄量和摩擦阻力的影响.结果表明:考虑界面滑移时,螺旋油楔滑动轴承的周向压力、承载力和摩擦阻力有所降低,端泄量有所提高;偏心率的提高使初始极限剪应力临界值有所增加,即轴瓦表面更加不易发生界面滑移;螺旋角的提高对初始极限剪应力临界值的影响不大;滑移首先发生在封油面区域.