摘要：投球压裂是页岩气水平井分段压裂改造的常用技术,目前的投球器存在着压裂球尺寸小、投球数量有限、结构过于复杂、适用性差等问题,不能满足页岩气井大通径、小间距压裂作业的需求。为此,设计出了一种转板式大通径井口自动投球器,该投球器上端设置储球筒,下端的底座内部布置投球机构,通过驱动电机控制投球机构实现逐个投球的功能;采用FEM(有限单元法)对该投球器的投球过程进行碰撞分析,通过任意拉格朗日欧拉(ALE)网格自适应方法和耦合的光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)方法进行仿真模拟和样机实验。研究结果表明:①投球碰撞在转板上边缘处产生最大的等效应力、等效塑性应变和位移,产生的最大应力在600 MPa左右,小于42CrMo的屈服强度930 MPa,满足强度要求,并且具有一定的安全余量;②样机成功实现了投球直径介于64～108 mm、投球级差为4 mm的12级分段压裂连续投球测试。结论认为,该投球器操作简单、适用性广,可有效满足页岩气水平井多级分段压裂工艺的需要。

摘要：本文中针对单个硬质角形颗粒冲击金属材料表面的过程,设计了弹射试验装置,研究菱形颗粒冲击行为及冲蚀机理.采用高速摄像机,捕捉不同冲击速度v_i、冲击角度α_i和方位角度θ_i下颗粒的运动轨迹.建立了基于拉格朗日法的FEM-SPH耦合数值计算模型,借助于模型进一步分析了角形颗粒的运动学行为和变形凹坑形态.结果表明:冲击角α和方位角θ是决定颗粒旋转的关键因素,在某一固定冲击角αi下存在一个临界方位角θcr_i,当θiθ_(cri)时颗粒冲击后发生后旋旋转;冲击诱导的颗粒旋转对冲蚀机理的影响较大,颗粒前旋旋转对金属材料产生"耕犁"作用,后旋旋转对金属材料产生"撬起剔除"作用.颗粒的动能损失受到冲击角α_i和方位角θ_i的影响较大,临界方位角θ_(cri)下颗粒的动能损失最大,凹坑变形最严重.

摘要：针对海域天然气水合物降压开采过程中气相含液严重影响水合物采收率的问题,结合我国南海神狐海域天然气水合物的实际工况,提出了一种天然气水合物气液螺旋分离装置设计方案,基于压缩因子校正的理想气体状态方程和Dean-Stiel黏度模型,计算了开采地层温压条件下天然气的物性参数,结合计算的关键零部件的结构参数,完成了气液螺旋分离装置的结构设计,同时开展了天然气水合物气液螺旋分离装置的样机试制与试验测试。研究结果表明:天然气实际开采过程中,气体流量较小,液相含量较低,适宜采用螺旋分离装置;在实际开采地层中天然气的密度为130.785 kg/m^(3),动力黏度为0.0182 mPa·s,确定天然气水合物气液螺旋分离装置的螺距为70 mm,圈数为7,螺旋体管外径为105.0 mm;在液相体积分数10%以下,样机分离效率整体在90%以上。研究结果可为高效安全地开发天然气水合物资源提供技术支持。

摘要：为了揭示复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩机理,以温度为纽带,通过迭代算法建立复合冲击载荷下PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型,同时以PDC钻头切削齿温度为评价指标验证仿真模型;从动态破岩过程、力学变化行为、温度演化规律和流场分布特征等4个方面完成复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩工作特性分析。分析结果表明:PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型误差在10%以内,满足工程分析精度需求;PDC钻头破岩过程分为单齿破岩、平面破岩和深度破岩3个阶段,增加复合冲击载荷后PDC钻头最大扭矩增大66.3%,平均扭矩增大28.0%;PDC钻头的高温区域分布在钻头最底部切削齿表面,最高温度达到166.9℃;钻井液在PDC钻头刀翼外侧切削齿产生高压区域,最大压力达到107.9 kPa;钻井液在喷嘴出口处流速最大,达到6.1 m/s。研究结果可为揭示复合冲击破岩机理、开发高效PDC钻头提供理论指导和技术支持。

摘要：针对油气田井下磨铣工具工作过程复杂、观测不便、危险程度高等问题,利用机电一体化技术设计开发了一种用于模拟井下磨铣工具工作过程的教学实验平台,本平台主要由动力模块、传动模块、磨铣模块、电缸模块和测控模块组成,可以对不同结构类型磨铣工具的工作过程进行教学演示,并实时采集磨铣过程中的转矩、转速与钻压等数据,完成磨铣工具的实验分析。本平台可以直观演示井下磨铣工具的工作过程,有助于学生加强对油气田施工现场的认识,加深对井下工具结构原理和工作过程的理解,并为学生开展创新训练和科学研究提供了实验条件。

摘要：为了提高天然气水合物气液分离效率,加快天然气水合物开采利用,以我国南海水合物开采工况为基础,结合天然气水合物开采工艺设计原则,采用流体力学数值模拟方法分别对轴流导叶式、管柱式、螺旋式3种气液分离装置进行数值模拟分析,重点研究了不同液相含量对3种气液分离装置气液分离效率的影响,并得到了3种气液分离装置的适用工况。研究结果表明,轴流导叶式、管柱式气液分离装置适用于液相流量较高、在分离空间内可形成液位的工况,螺旋式气液分离装置适用于液相含量较低且流量不大的工况。结合我国南海天然气水合物的含水状态,以液相含量10%、产气量30000 m~3/d为优选条件,以分离效率和压降为优化目标参数,确定螺旋式分离装置更适用于南海天然气水合物井下气液分离。该研究可为天然气水合物气液分离方案设计与优选提供指导。

摘要：针对智能物料输送过程宏观难以观察、成本昂贵难以复现等问题,利用机电一体化技术开发了一套模拟工厂物料输送的智能物料搬运机器人教学实验平台。该平台主要由控制模块、运动模块、机械手模块、检测模块、电源模块组成,可完成路径寻迹、任务领取、物料识别与搬运功能。该平台可直观展示工厂物料输送的工作过程,有助于加强学生对物料输送过程的认识,加深对机器人结构原理、电路架构、控制流程的理解,为学生开展认知实践、专项实验和综合创新提供学习平台,较好地提升学生的动手实践能力和科研创新能力。

摘要：液压动力猫道一般适用于较高的钻台,而且适用钻台高度固定,调节范围有限;起升方式多为钢丝绳牵引式,稳定性差;需要人力辅助,未实现完全意义上的自动化。鉴于此,设计了一种适用于中低高度钻台的液压动力猫道系统。该系统采用刚性机械结构进行举升,对应不同举升高度,满足中低高度钻台举升要求;对旋转臂结构进行优化,使得系统更加稳定可靠;通过钻具架翻出机构,实现全自动化机械操作运移钻具。试验中,系统的举升液压缸运行平稳,举升高度误差在0.1 m范围内,这表明系统满足KY720钻机钻台高度举升要求,具有较好的应用前景。

摘要：中国石油大学是一所石油特色鲜明的综合性大学,机械工程专业的核心课程大部分与石油装备相关。目前专业实验教学环节存在教学设备老旧、仪器较为通用的问题,针对这些问题,课程团队提出了基于教学大纲自主设计开发实验教学仪器的理念,并进行了两轮教学应用,分析了自主研发实验教学平台对教学质量的影响。

摘要：为了解决海域天然气水合物开采效率低、水合物大面积分解和二次生成等问题,以我国南海海域某天然气水合物开采井为例,结合降压法和热激法设计一种海域天然气水合物整体开采方案,运用数值模拟方法研究螺旋式、轴流导叶式、管柱式分离装置在不同气液比下分离效率及分离特性,同时开展气液分离实验验证结果准确性。结果表明:海域天然气水合物开采采用双管柱结构方案,生产井采用泄流面积更大的水平井方案。螺旋式分离装置适用于10%的液相含量(体积分数),优选螺旋分离装置进行海域天然气水合物气液分离,螺旋式分离装置前两圈螺旋处压降较大,压降达到325 Pa。液滴直径25~100μm时分离效率均达到了100%,分离效率随圈数的增多而增大,变化范围为79.2%~91.8%。分离效率实验与数值分析结果误差为5%,验证了气液分离数值模拟分析结果的准确性。本研究可为高效安全开发海域天然气水合物提供重要技术支持。