本期导读

本期着重于向读者展现我校的机械工程学科及石油天然气装备的设计理论及方法的系统研究。 我校机械工程学科长期以来坚持以石油天然气装备为特色,依托“石油天然气装备”教育部重点实验室及3个省部共建重点实验室,在石油钻采工具（岩石破碎与钻头）及石油天然气装备、海洋石油特殊装备、机械现代化设计理论和制造技术、机械系统仿真、油气井管柱力学等方面形成了稳定的研究方向和实力。本期刊登的科学研究专题报道《西南石油大学机械工程科学研究简介》主要从该学科的“学术思想、研究特色、主要研究方向、主要研究内容及成果”等方面,向读者作了较详细的介绍。《双头单螺杆泵衬套有限元分析》由陈次昌教授等人完成,论文讨论了双头单螺杆泵衬套在受到均匀压力与非均匀压力以及静态接触情况下,衬套内各点的变形、应力与应变的分布情况,揭示了双头单螺杆泵衬套的受力状态和变形规律,为双头单螺杆泵的结构优化设计及性能改善提供了参考依据。梁政教授等撰写的《水力旋流器颗粒沉降速度与分离粒度研究》,在对水力螺旋器内部流场数值模拟的基础上,对其内部固体颗粒的运动规律和受力分析进行了深入的研究,首次推导出径向沉降速度为零的轨迹面半径与固体颗粒直径、水力螺旋器自身几何参数以及操作参数之间的定量表达式。《塔里木盆地西北部地壳三维构造研究》一文,由中国地震局地球物理勘探中心的赖晓玲副研究员等人完成。论文主要研究Q值结构和震源分布图像及其与研究区地壳深部断裂的关系,为区域地质构造研究和油气资源的探测提供了深部构造信息。由胡泽、陈平等作者撰写的《应变测试法测试钻井参数的数据采集系统设计》,设计了一种基于应变测试法的钻井工程参数随钻井数据采集系统,采用ADμC8系列单片机为主控制器,作为具备近钻头测试功能的新型工具,能够完成钻压、环空压力等数据的采集、存储和运输。孔祥平等作者撰写的《油藏非生物因素耗氧实验研究》,针对好氧微生物驱油技术注入多少氧气的问题,探讨了胜利油田某区块原油、注入水和产出水的耗氧情况,开展了油藏非生物因素对氧的消耗实验研究。该研究将为空气辅助微生物驱油技术提供理论依据。冯茹森、郭拥军、薛新生等作者认为疏水缔合物作用是HAWP水溶液中形成可逆的超分子结构和溶液保持其结构流体特性的根本原因,提出了设计分子间高缔合比例疏水缔合聚合物的分子设计目标。文章有新意,本刊将分三期连载他们的作品《分子间高缔合比例疏水聚合物研究》。 为鼓励作者们向习惯性认识挑战,共同构建和谐社会,我们将具“探讨与争鸣”性的论文给予优先待遇,欢迎各位勇跃投稿。     

双头单螺杆泵定子衬套热力耦合研究

为研究稠油热采工况下橡胶衬套的温升机理,对高温、含砂稠油工况下螺杆泵的定子橡胶衬套进行摩擦学试验。基于传热学原理,运用有限元方法对双头单螺杆泵橡胶衬套进行热力耦合研究,分析定子橡胶衬套温度场和热应力、应变的变化规律,并研究转速、过盈量、摩擦因数等因素对定子衬套热力耦合的影响。研究结果表明:考虑橡胶滞后生热作用,衬套的温度呈椭圆形分布,沿中心向外递减;衬套的温升,最大热应力和最大位移随转速、过盈量的增大而增大,随摩擦因数的增大而减小;摩擦因数对衬套的热力耦合场影响相对较小。     

轧机油膜轴承相对间隙优化设计

在选定润滑油品、给定轧制速度和轧制压力的情况下,利用大型有限元分析软件ANSYS对油膜轴承和润滑油膜进行双向流固耦合分析,计算分析了考虑温度变化的不同相对间隙时的油膜及衬套的受力变形情况,得到了衬套受力变形及温度分布规律,并利用疲劳极限求出轴承的最佳相对间隙,为轴承结构优化提供理论数据。     

基于 SolidWorks 的单头采油螺杆泵有限元分析及其线型优化

利用在SolidWorks软件中建立的螺杆泵定子的三维实体模型,在有限元分析软件COSMOSWorks环境下,进一步建立了定子的有限元分析模型,并分析了定子橡胶衬套内表面在均匀压力作用下其应力、应变和位移的分布规律.结果表明,定子刚体部分的应力较大,应变较小;橡胶衬套部分应力较小,沿其内表面半圆处应变较大,直线段处应变较小;在橡胶衬套内表面,直线段中点处的位移最大,使该直线变成外凸曲线,导致转子与定子之间在该处产生间隙,影响螺杆泵的工作性能.将螺杆泵定子型线的直线段优化成内凸圆弧,通过有限元重分析表明,该处的相对位移均匀,使转T与定子间产生均匀的过盈,从而提高了螺杆泵的工作性能.     

采油单螺杆泵接触压力有限元分析

单螺杆泵转子与定子橡胶间接触压力是影响磨损的重要原因,根据其工作原理和结构特点,用SolidWorks建立了油田用单螺杆泵的实体模型,利用基础试验确定了定子衬套橡胶的本构关系是Mooney-Rivlin模型,以及确定了本构关系中所需要的常数,适应了材料非线性.利用有限元分析软件ANSYS,经过多次尝试选用SOLID45和SOLID185单元,模拟螺杆泵工作参数建立有限元模型,运用ANSYS进行力学分析,得出接触压力的分布规律,为分析螺杆泵的磨损和寿命问题奠定基础.     

单螺杆油气混输泵螺杆-衬套副结构参数的优选

对影响单螺杆油气混输泵螺杆-衬套副的性能和寿命的各种因素(如过流面积、密封腔的压力变化规律、相对滑动速度、螺杆转动惯性力、压缩比等)及其随结构参数的变化规律进行了全面的理论分析。通过对单项指标的分析,结合现有单螺杆油气混输泵的设计和安装必须满足的结构条件,推荐了综合考虑多项指标时结构参数的优选方法,得到了结构参数的优选图解。所得的结果对单螺杆油气混输泵的设计具有一定意义。     

单螺杆油气混输泵轴向力分析和试验研究

根据单螺杆油气混输泵的啮合原理,对该泵的压力分布进行了分析,给出了单螺杆油气混输泵的轴向力计算公式。对单螺杆油气混输泵的轴向力进行了试验研究,所得的结果与理论计算结果相一致。本文的结论对单螺杆油气混输泵的设计制造和科学研究都具有一定的参考价值。     

采油螺杆泵磨损机理试验性研究

现今油田螺杆泵抽油井普遍采用的是单螺杆泵进行采油作业,针对螺杆泵转子与定子橡胶间的磨损问题,本文模拟GLB120-27型采油单螺杆泵螺杆-衬套副进行磨损试验研究,利用变频器改造MPX—2000型磨损试验机的参数及设计进行磨损试验的夹具,查阅相关文献并结合现场实际工况确定试验方案及试验参数,通过试验结果分析摩擦系数和磨损量与速度、载荷、环境介质之间的规律,为分析螺杆泵橡胶衬套磨损机理提供依据。     

低填方钢波纹管涵洞受力变形特性及垂直土压力计算

分析了填筑施工动态过程中钢波纹管涵洞的受力变形特性及管涵周围土压力分布规律,基于马斯顿理论,构建了一种垂直土压力的计算公式,结合试验数据和有限元计算对其进行验证.结果表明:应变随填土高度呈波动增长态势,在管侧填土高度为3.6m时,内外部测点应变出现最大值;填土完成后,内部测点存在受拉或受压状态,而外部测点以受拉为主;水平向和竖向变形随管侧填土高度的增加而增加,呈竖向椭圆形;管涵顶部的垂直土压力最大,垂直土压力系数随倾角的增大而增加.     

常规螺杆钻具定子衬套的热力耦合分析

基于传热学原理,采用有限元法分析橡胶衬套的热力耦合效应,讨论衬套温升的物理机理.分析衬套的温度场分布特点及热应力应变规律;研究橡胶硬度、泊松比以及静压、转子转速、地层温度、压差对衬套温升的影响.研究结果表明:均匀温度场的温升越高,衬套的热应力和变形就越大;衬套的非均匀温度场呈椭圆形分布,温度梯度较大;衬套的温升、最大热应力及变形量随着橡胶硬度、泊松比、地层温度的增大而减小,随静压、压差的增大而增大.通过与现场失效实例对比,验证了分析结果的正确性和可靠性.     

稀油井区螺杆泵采油工艺技术研究

通过对螺杆泵结构及原理的研究,结合油井生产条件,选择适合螺杆泵采油工艺的油井,利用专业优化软件进行螺杆泵采油工艺设计。根据油井流入动态分析和实际生产情况,确定油井的实际供排关系,以选择螺杆泵的排量范围和型号,进行抽油杆、驱动装置和井下举升系统的配套优化设计,经过现场实测螺杆泵采油工艺与抽油机采油工艺的能耗数据对比,油井供排关系和举升系统都能正常运行。阐述了螺杆泵采油技术节能降耗效果,为深井中质油开发提供了一种可行途径,对油田开发生产有着重要的现实意义。     

凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、pT相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型。该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果。     

单螺杆泵输送不同粘度液体时的外特性及汽蚀特征

本文用不同粘度的液体对单螺杆泵的外特性和汽蚀特性进行了实验研究,分析了外特性曲线的变化特点,讨论了粘度变化对特性和能量分配的影响,并对单螺杆泵的汽蚀特性曲线和汽蚀条件下的能量平衡关系进行了初步的分析和探讨。     

单螺杆泵螺旋面型线的研究

针对螺杆泵性能和特性的理解、认识及合理应用,首先应从掌握螺杆泵的基本原理入手。根据单螺杆单头螺杆泵定、转子啮合过程,推导了单螺杆单头螺杆泵转子曲线方程、定子曲线方程。而转子螺旋型面是横截面均为半径为R的圆,定子内腔型线由多段型线构成封闭连续接触线并与转子型线形成密封单元。     

一种单头双螺杆的啮合特征

根据啮合理论推导了ＨＳＢ４００／２型单头双螺杆式油气混输泵的平面和空间共轭齿形型线方程及啮合线方程。给出了各段原始齿形型线和空间螺旋曲面方程。单头双螺杆泵与双头双螺杆泵密封腔的密封原理相同。两螺杆的齿形型线不同,但啮合线封闭,接触线连续,能够形成密封的工作基元     

考虑二次梯度影响的渗流模型与试井样版曲线

从质量守恒原理出发,结合达西定律,考虑恒压缩系数的弹性多孔介质和单相微可压缩液体的等温渗流过程,推导出了考虑二次压力梯度影响的渗流方程。建立了考虑井储影响的无穷地层定产量生产试井模型,并通过变量代换,将渗流方程线性化,求得Laplace空间解析解,利用数值反演得到实空间的解,进而绘制了压力和压力导数双对数样版曲线。从物理渗流机理上对曲线形态特征进行了分析,得出了无因次二次压力梯度项系数α对渗流和试井曲线的影响结果。特别对低渗稠油油藏,二次压力梯度项的影响不应被忽略,所获得的结果可用于研究低渗油藏和稠油油藏的渗流规律和试井分析。     

地铁扣件锚固螺栓断裂原因分析

针对部分地铁线路扣件锚固螺栓发生断裂、影响运营安全的问题,开展了现场测试,获得了螺栓扭力矩与轴力间的关系.基于实测数据,考虑弹簧垫圈的空间形状不规则性、接触应力的非均匀性,以及不同部件间的非线性接触作用等,建立精细化扣件螺栓有限元模型,分别对安装单、双弹簧垫圈时螺栓各部件的力学特性进行对比分析,结果表明:采用双垫圈较采用单垫圈,由于在压紧状态下还能提供剪切变形,螺栓轴力在列车荷载作用下增幅小,破坏的可能性大大降低;由于弹簧垫圈的特殊形状,螺帽与垫圈局部接触位置存在应力集中、螺帽受到较大偏载作用,是螺栓与螺帽结合位置易产生裂纹并扩展破坏的重要原因,该分析结果与现场实际情况相吻合.     

滚珠丝杠副接触变形影响因素分析

从滚珠丝杠副的结构参数入手,计算出滚珠丝杠副的主曲率半径,并做出接触角、螺旋升角与主曲率的关系曲线.以赫兹空间接触理论为依据,对滚珠丝杠副的接触变形进行理论计算,并对接触角、螺旋升角与接触变形、接触刚度之间的关系做进一步探讨.采用ANSYS有限元模型对上述接触变形计算结果进行验证.结果验证了理论模型的正确性,表明适当增大接触角、螺旋升角可以有效改善滚珠丝杆副传动性能.     

考虑注采关系的三维地应力场数值模拟研究

在油气田开发过程中,地应力受注水、火烧油层等因素的影响状态发生改变,对油气生产有较大的影响。以地下流固耦合理论为基础,建立了考虑油水井注采关系的地应力场的数学模型,应用有限元方法考虑孔隙压力变化的三维应力场有限元数值模拟;应用组合网格法解决地层尺寸和井口尺寸的巨大差异造成的计算困难;以油田地质和开发实际数据作为计算输入,通过三维地应力场数值模拟系统计算得出油田注采开发时的流体压力、饱和度、固体变形以及应力场在空间的分布和时间上的动态变化情况;其结果为油田开发采取适当措施,达到最优开采目的提供可靠的依据,同时也为后期开发调整、重复压裂、套管损坏预测等提供理论依据。