摘要：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。

摘要：常规冲击器采用的水力脉冲方法存在的冲蚀问题对冲击器的工作寿命影响较大。为此,提出一种机械举升及碟簧蓄能冲击方法并设计了一种机械式复合冲击器,通过实例模型验证了机构的可行性,在此基础上采用理论计算与数值分析相结合的方法对其压缩蓄能、扭冲、轴冲特性展开分析。研究结果表明:在10~100 MPa轴向压缩下,数量为11的碟簧组其总变形量增长率是数量为5的碟簧组变形量的约2.66倍,但其等效应力曲线特性相近;扭冲特性与径向冲击力成正比,下轴体端面总速度和总变形量与冲击力均呈线性相关,4对扭转冲击力作用的端面总速度约是2对的2.54倍;摆线轨迹线的举升座在30 r/min的运动状态下,12 mm冲程的最大冲击速度为0.2 m/s,最大冲击加速度为5.6 m/s^(2),为防止冲击过程接触应力过大需合理选择冲程大小,可通过增加扭冲对数、提高组合碟簧数量来增强冲击特性。研究结果可为复合冲击器的设计选型提供理论支撑。

摘要：针对死绳固定器绳轮强度、安全裕度不足和结构失稳等安全问题,根据JZG97型万米超深井钻机死绳固定器绳轮受力及结构特点,提出采用增加腹板的方法来解决死绳固定器绳轮存在的问题。采用有限元法数值模拟,分析了不同腹板绳轮的结构力学性能,三腹板绳轮的强度、安全裕度均满足钻井作业时的安全要求,确定采用三腹板绳轮。实物测试试验中,三腹板绳轮仿真结果与试验结果的最大相对误差为12.95%,综合分析仿真结果与实验结果基本吻合;线性屈曲分析表明,最大死绳拉力作用下的三腹板绳轮临界屈曲载荷为绳轮实际受载的48.8倍,满足结构稳定性要求。研究表明,三腹板绳轮可以解决死绳固定器绳轮存在的问题,可以为万米超深井钻机结构设计提供支持。

摘要：目前国内用于油田浅层稠油开采中的斜直井修井机技术相对落后,还不能满足现场作业的要求。提出了全液压斜直井修井机的设计方案和技术参数;对该修井机的主要零部件和系统(如液压系统、游动吊卡、抓管机、可调底座、支架、接送管装置、油管对中及上卸扣装置等)进行了详细设计。全液压斜直井修井机经过试制和一年多的现场应用,结果表明:其结构设计合理,使用安全可靠,减少了作业人员,大幅降低了作业人员劳动强度。

摘要：弃置井筒的高质量封堵是油气井弃置技术体系中重要的技术环节。为此提出了一种主动机械激振提高井筒封堵质量的方法,搭建了一套室内试验测试平台,研究不同振动频率、振动时间及振动幅度等参数组合对井筒封堵水泥材料力学性能的影响。通过设计正交试验,得到了最佳振动参数组合,并在此基础上进一步研究了单一因素对水泥石性能的影响规律。研究结果表明:当振动频率为15 Hz、振动时间为6 min及振动幅度为3 mm时,为最佳激振参数组合;相对于无振动工况,井筒封堵水泥塞的胶结强度最大提高51%、抗压强度提高38%、抗拉强度提高20%;水泥石胶结强度随参数变化影响最大,在达到最佳振动参数前,水泥石强度都随之提高,继续增大参数反而会有不利影响。分析了水泥石振动前、后的渗透率,发现振动后渗透率明显减小。通过扫描电镜观察水泥石微观结构,发现机械振动能有效消除水泥石内气孔,减少裂纹,使水泥石更加致密。所得结果可为水泥塞封堵作业提供基础数据,具有工程指导意义。

摘要：黏滑振动严重影响钻柱系统的寿命,延长钻井周期,危及工作人员的安全。针对在钻井工程中由线性扭矩负载和摩阻负载共同作用引发的黏滑振动问题,从影响参数着手分析黏滑振动的抑制规律。首先根据钻柱系统二自由度集中质量模型,考虑钻头与地层间相互作用,建立钻柱系统运动微分方程;然后根据运动微分方程,结合Simulink计算框图,讨论了扭矩、转速、钻头摩阻扭矩以及刚度系数对钻柱黏滑振动特性的影响;最后设计试验平台,在其他参数不变的情况下,针对转速、钻柱与井壁间的摩擦阻力(钻头扭矩)、钻柱刚度系数(钻柱长度)对黏滑振动的影响展开试验,进一步验证理论研究和计算机模拟的正确性。研究结果表明:转速、钻柱与井壁间的摩擦阻力(钻头扭矩)和钻柱刚度系数(钻柱长度)为黏滑振动的主要影响因素;增大顶驱转盘转速、增加钻柱刚度系数、减小钻头摩阻扭矩,可以抑制黏滑振动现象。研究结果对抑制钻柱黏滑振动有一定的借鉴意义。

摘要：为提高通井作业中井壁光滑性和有效性,设计了一种新型井下螺旋式动力修整工具。旋铣引鞋是该动力修整工具的重要部件,具有井壁修整和通井双重功能。根据旋铣引鞋的工作环境,利用数值模拟方法分析了其在不同钻压、扭矩、排量、转速下的强度及液流特征。分析结果表明:旋铣引鞋的最大应力和最大变形量均随扭矩和钻压的增加而增加,最大变形位置分布于后切削刃和叶轮上,最大应力在旋铣引鞋腰部与后座连接处;旋铣引鞋通过流体在其内部形成的高强度涡流对井壁形成的切削修整能力随转速和流量的增加而增强;钻头处所受压力最大并且随流量的增加而增加;在流量从25 L/s增加到35 L/s的过程中,旋铣引鞋的压降、扭矩和效率均有所增加,其中压降增加77.14%,扭矩增加40.00%,效率增加42.10%;其最优工况点时的转速为75 r/min,流量为35 L/s,压降最大为0.124 MPa,效率最高为47.25%,扭矩最大达11.86 kN·m。研究结果可为旋铣引鞋的结构优化与改进提供技术指导。

摘要：涪陵区块页岩气老井在分段多级压裂后滑移段套管变形严重,将会影响后期优化改造效果,且目前对该区块套管变形特征分析较少。为此,通过结合现场测井数据,建立不同射孔参数、水泥环材料属性、页岩滑移量的套管-水泥环-地层耦合模型,并采用经典Lame公式验证模型的正确性。数值分析结果表明:ø139.70 mm×10.54 mm的P110无损套管受周向挤压与上覆压力时的应力变化率相近,但射孔后套管的周向挤压应力变化加快,此时套管易产生较大变形,45°、90°相位角射孔比30°、60°、120°和180°相位角射孔对套管强度的影响小;45°方向页岩滑移下,套管最大等效应力位于滑移面上接触点,微小的滑移量将导致套管严重变形,页岩滑移量为4.243 mm时,套管的总变形量为3.957 mm;增大水泥环在页岩滑移处的弹性模量能减少套管的最大等效应力,但套管的总形变量也相对增加。水泥环弹性模量为7 GPa时,减小或增大泊松比至0.26以上均能降低套管的最大等效应力,但对预防套管变形效果不明显。设计的套管受内压地面试验装置及搭建室内试验平台,可为套管变形分析提供试验指导。

摘要：在油气井生产过程中,随着油气资源不断从井底被开采出来,开采出来的原油含砂、含水量逐渐增加。油井除砂会对油气生产设备造成冲蚀、刺漏甚至是堵塞,使得生产设备的寿命受到较大的影响,造成严重的经济损失。在对国内外现有除砂技术研究的基础上,从经济性角度出发,展开了适用于国内油气除砂的高压双筒滤网式除砂器的设计研究。主要包括除砂器工艺流程设计与总体方案设计;除砂器关键部件除砂筒的设计、有限元数值模拟以及除砂器工业试验。研究结果表明:所设计的高压双筒滤网式除砂器具有较高的可靠性和现场应用价值。