海底天然气水合物复杂地层钻进取芯仿真岩芯扰动分析

针对海底天然气水合物赋存的复杂地层,利用有限元分析软件ABAQUS/CAE,对搭载于深海海底钻机上的金刚石钻头钻进取芯海底天然气水合物过程进行了模拟仿真,并利用Python对仿真结果进一步处理.通过对钻进过程中岩芯所受应力状态的分析,得到岩芯扰动状态随钻进参数的变化规律,获得天然气水合物储层及其上覆土层沉积物低扰动岩芯范围,以及岩芯扰动率随钻进参数的变化趋势,对获取低扰动岩芯钻进参数及其优化具有一定的参考意义.结果表明:随着钻压和转速的增加,沉积物及水合物岩芯的扰动范围都相应的增大.岩芯的扰动率呈现出先迅速增大,之后再逐渐保持稳定的趋势.扰动率稳定值的大小受钻压的影响较大,与钻头的转速无关.当在沉积层钻进时,选择较大的钻压及转速以保证高的进尺效率,而当在水合物层钻进时,适当降低钻压可以获得质量较好的岩芯,而增大转速会使进尺速度得到有效的提升     

不同滑环槽形对组合密封结构性能影响分析

针对深海装备在深海高压环境下安全稳定运行的需要,基于非线性有限元接触理论,利用有限元分析软件ABAQUS建立组合密封结构的二维轴对称有限元模型,分析了不同滑环槽形对O形圈和滑环的最大Von Mises应力与接触应力的影响.结果表明:在不同的滑环截面形状下,O形圈的最大Von Mises应力位于滑环与沟槽之间的间隙处,且当滑环截面为矩形槽时,O形圈的最大Von Mises应力值相对比较小,同时不同滑环槽形对O形圈接触应力的影响非常小.相比较于其他滑环截面形状,滑环截面为矩形槽时所受的最大Von Mises应力与接触应力主要集中在滑环的第一个槽形口处,接触压力分布比较均匀,且接触压力变化曲线呈"三角形"分布,满足密封理论要求,有利于提高组合密封结构的密封性能,在高压环境下选用滑环截面形状为矩形槽时密封效果会更好.     

基于海底钻机的多功能原位测试系统开发与应用

基于海底钻机的原位测试是一种新型的海底地层测试方式.结合"海牛号"60 m海底钻机的实际工况需求,研制一套以静力触探为技术基础的多功能原位测试仪,可以在水下2 000 m的海底实现对锥尖阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力、温度、电阻率和视频的原位信息采集.本文从测试方法、系统结构、探头传感器、数据采集等方面进行了详细介绍,现场试验显示多功能原位测试仪能够按照预定设计完成原位测试的全部功能,采集的数据与海床式静力触探系统对比具有极强的一致性.     

全海深沉积物保压容器有限元分析

针对全海深沉积物气密取样器所采集的深渊海底沉积物样品,设计一套沉积物保压存储容器,从而为深渊海底生命演化等科学研究提供海底原位保压样品.首先,根据全海深沉积物保压容器的保压容积和保压性能的要求,开展保压容器几何结构参数的初步设计,并利用三维软件Solidworks建立保压容器的三维几何模型.其次,利用有限元分析ANSYS软件,开展模拟全海深超高压环境下的保压容器性能分析,检验保压容器的性能.最后,研究不同保压容器的壁厚和内径对保压容器性能的影响,结果表明:在保压容器的储存容积和保压容器壁厚相同的条件下,保压容器所受的最大应力随着保压容器内径的增大而逐渐增大,而保压容器的重量会逐渐减少.     

深海高压环境下组合密封结构性能分析

以深海高压环境下的组合密封结构为对象,基于ABAQUS有限元分析软件建立组合密封结构非线性轴对称有限元模型,分析深海高压环境对组合密封结构密封性能的影响,探明组合密封结构在深海高压环境下几何变形情况以及密封界面上接触应力的分布规律.结果表明:对于滑环槽型为矩形截面的组合密封结构,所受的最大应力主要集中在滑环的右上端部和左下端部,且接触压力分布较为均匀,有利于提高组合密封结构的密封性能.同时,组合密封结构中O形橡胶密封圈和滑环所受的最大Von Mises应力随着海水深度的增大而逐渐增大,研究结果为深海高压环境下组合密封结构几何参数的选择与优化设计提供理论指导与技术支撑.