球型防喷器胶芯安全性能与结构优化

为了评价球型防喷器胶芯的安全性能,以球型密封胶芯为研究对象,通过材料拉伸和压缩试验,获得了胶芯的最优本构关系数据,并根据球型胶芯结构进行了二次优化设计。利用ABAQUS软件对优化前后的球型胶芯结构进行了数值模拟分析,找到了常规胶芯在密封过程中的变形规律,并对优化后的胶芯结构进行了安全性能评价分析。结果表明：胶芯向中心收缩的过程中,胶芯上部的橡胶沿径向方向的变形最大,胶芯向中心方向挤出的橡胶逐渐减少,最大接触压力值发生在胶芯棱边与钻杆接触的区域,改进后胶芯和钻杆的平均接触压力及密封长度相对改进前的变大。确定球型胶芯密封段最优倒角切削量+5 mm,该结构形式的球型胶芯密封性能较好,有助于提高球型胶芯的使用寿命。     

螺杆转子5轴旋风式铣削的刀轨规划研究

根据螺杆转子的形素信息特征，提出了螺杆转子5轴卧式数控旋风式铣削加工的新技术。研究了铣削加工刀具轨迹规划中的走刀步长、走刀步距和刀具姿态等参数以及转子螺旋曲面的几何特征以及螺杆转子的5轴旋风式数控机床铣削原理等问题。此旋风式铣削技术是在走刀过程中实时地改变刀具的轴心线绕切触点工件曲面外法线向量转动的角度，即调整5轴卧式数控机床沿第四、第五轴方向转动的角度来实施铣削加工。螺杆钻具转子表面是一种基本几何特征仅取决于其生成母线的特殊三维空间曲面，其端面截形的成形精度是决定螺旋曲面加工质量的主要因素。实际试样切削表明，5轴旋风式铣削技术是复杂螺旋曲面快速、高效、精确制造的一种可行技术，其成形精度高。在相同表面粗糙度要求的条件下，相对于普通3轴数控机床，可使刀具切削行程减少8.5％～12.0％，加工时间缩短10％～15％。     

275型钻井气动卡瓦卡紧力有限元分析与优化

从275型钻井气动卡瓦的结构和工作原理入手,运用ANSYS软件添加约束和载荷,分别从钻杆和卡瓦体的角度对卡紧力进行了有限元分析,得出了变形图和应力云图,确定了卡紧时的应力分布情况,并对不合理之处进行了优化改进。     

基于渗流-应力-损伤耦合模型的泥页岩井壁稳定性研究

石油钻井过程中,泥页岩地层井壁稳定性研究十分复杂。本文在连续损伤力学理论基础上,将塑性损伤演化及渗流相互耦合的概念引入Mohr-Coulomb破坏准则,建立了基于等效塑性应变的损伤演化模型,给出了泥岩的渗透性的演化方程。以中国西部某油田实际钻井过程为例,建立了井壁稳定分析模型。计算过程中考虑了围岩损伤引起的弹性模量、黏聚力和渗透系数的变化,得到了井壁围岩损伤、渗透系数、应力、塑性应变、孔隙压力和位移的分布规律。结果表明,井壁附近岩石的损伤演化对围岩塑性区的塑性应变和应力分布有明显影响。钻井液密度的高低,会造成井壁在水平最小主应力方向上的剪切损伤或在水平最大主应力方向上的拉伸损伤。当损伤达到极限时,会造成井壁围岩的破坏。     

螺杆转子5轴旋风式铣削的刀轨规划研究

根据螺杆转子的形素信息特征 ,提出了螺杆转子 5轴卧式数控旋风式铣削加工的新技术。研究了铣削加工刀具轨迹规划中的走刀步长、走刀步距和刀具姿态等参数以及转子螺旋曲面的几何特征以及螺杆转子的 5轴旋风式数控机床铣削原理等问题。此旋风式铣削技术是在走刀过程中实时地改变刀具的轴心线绕切触点工件曲面外法线向量转动的角度 ,即调整 5轴卧式数控机床沿第四、第五轴方向转动的角度来实施铣削加工。螺杆钻具转子表面是一种基本几何特征仅取决于其生成母线的特殊三维空间曲面 ,其端面截形的成形精度是决定螺旋曲面加工质量的主要因素。实际试样切削表明 ,5轴旋风式铣削技术是复杂螺旋曲面快速、高效、精确制造的一种可行技术 ,其成形精度高。在相同表面粗糙度要求的条件下 ,相对于普通 3轴数控机床 ,可使刀具切削行程减少 8.5 %～ 12 .0 % ,加工时间缩短 10 %～ 15 %。     

井控半封闸板体失效机理与密封性能研究

为了提高井控半封闸板防喷器安全性能，对现役的半封闸板防喷器进行了失效分析及密封性能评价，完成了闸板体的表征测试以及材料拉伸和冲击试验，通过溢流关井时半封闸板受力分析，基于闸板体材料应力应变测试数据，建立了全尺寸半封闸板防喷器模型，在井下高压流体和油缸压力复合载荷下对闸板体和密封胶芯的力学性能进行了仿真研究。结果表明当油缸压力超过9.4MPa ，闸板本体的凹槽根部刚好进入屈服变形，最大等效应力发生在闸板本体的凹槽根部，导致闸板体过早断裂失效。分析还发现胶芯与闸板上端接触区域的应力集中最为明显，可见由于复合载荷的作用，胶芯上部受到挤压作用，产生严重变形，进而失去密封能力。最后提出了减小闸板应力集中的措施，这些结果为溢流情况下半封闸板防喷器的安全操作提供指导依据。