摘要：针对采用高压天然气井井下节流降压工艺时存在浪费天然气压力能的现象,提出了利用三角转子气动机将高压天然气压力能转化为机械能驱动发电机发电的思路。首先,借鉴传统三角转子发动机结构特点,对三角转子气动机进行了总体结构设计并提出全新的降压方案;然后,利用CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)数值模拟方法对气动机内部流场进行了数值模拟;最后,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件对三角转子气动机机械系统进行了运动学与动力学仿真,运用赫兹接触理论校核了径向密封片与气缸的接触强度,利用ABAQUS分析软件校核了缸体耐压强度。仿真结果表明,第1级气动机设计合理,第2级气动机的设计存在缺陷,将第2级气动机入口温度从343 K提高到353 K后,解决了气缸中因压力、温度下降产生水合物的问题。仿真结果为后续三角转子气动机的深入研究提供了新思路。

摘要：针对传统百叶片手工生产过程中存在的作业效率低、成本高、产品质量不稳定等缺陷以及高自动化、高加工精度的加工需求,研发了一套百叶片定长切料-自动排片控制系统。首先,根据百叶片定长切料-自动排片系统的工作原理和功能要求,以ARM+DSP为核心对其硬件和软件进行模块化设计;其次,为提高送料机构的控制精度,以送料机构的位置偏差及偏差变化率为模糊输入,PID(proportion integration differentiation,比例积分微分)参数的修正量为模糊输出,设计了模糊增益自调整PID控制器,实现定长切料的高精度控制。最后,通过实验验证了该系统的有效性。系统已投入实际生产应用,运行结果表明:百叶片定长切料-自动排片系统性能稳定,运行周期为4s,切片精度小于0.2mm;采用模糊增益自调整PID控制器可明显提高送料系统的动态响应性能及定长切料的精度,提高百叶片的加工质量和生产效率,满足企业生产要求,对百叶片成型机控制系统的研发具有指导意义。

摘要：封隔器卡瓦与套管的锚定效果直接影响到封隔器的坐封性能。当卡瓦嵌入套管时,会在套管接触面上形成咬痕,过大的嵌入深度有可能导致套管损坏、失效。为了确保卡瓦能起到良好的固定封隔器的作用,并且减少其对套管的损伤,采用滑移线理论、有限元法及与试验相结合的方法,研究了卡瓦锚定过程中的力学行为,计算了卡瓦嵌入套管的深度,并分析了卡瓦牙型角、倾角、内锥角及轴向载荷对锚定情况的影响,优选了结构参数。研究结果表明:①卡瓦齿面接触各齿的应力分布不均,会产生应力集中;②卡瓦牙应力随着齿数的增加而逐渐减小;③卡瓦牙嵌入套管的深度随载荷的增加而增加,随着齿数的增加逐渐减小;④在相同载荷下,卡瓦嵌入套管的深度随牙型角和内锥角的增大而减小,随倾角的增大而增大;⑤通过高温高压下的封隔器卡瓦锚定和坐封实验,套管上的卡瓦最大嵌入深度介于0.40~0.45 mm。结论认为,实验结果与有限元模拟结果吻合较好,由此证明了设计和分析的正确性和可靠性。

摘要：随着石油、天然气、地热等资源勘探开发钻井深度的不断增加,传统的机械钻井方式表现出效率低、能耗高等缺点,难以满足深层、超深层钻探的需要。为此,在系统梳理和总结高压电脉冲破岩机理、放电破岩类型和电脉冲钻进原理的基础上,开展了高压电脉冲破岩过程中的电学结构参数、岩石特征参数和电极结构参数对高压电脉冲破岩效率的影响研究,并探讨了电脉冲钻井技术的发展趋势与研究方向,最后提出了一种电脉冲—机械复合高效破岩新技术。研究结果表明:①高压电脉冲破岩过程的电学参数对破岩效率有显著影响;②岩石内部裂缝、裂隙倾角和裂隙度同样会直接影响高压电脉冲破岩效率;③电极钻头结构设计需结合其在井底处流场分布并考虑高温烧蚀因素;④复合钻头将高压电脉冲破岩技术与机械旋转钻井技术相结合,既保留了机械钻头修整井壁质量的能力,又加入了电极钻头高效的破岩能力,保证其在硬岩地层的长时间钻进,大大提高了钻井效率。结论认为,高压电脉冲破岩技术作为一种新型高效破岩技术,其合理使用可为钻井提速技术创新提供有益参考,其与机械钻井相复合的新型钻井技术能够实现深部难钻地层和干热岩地层的高效低成本钻井。

摘要：调压器作为城镇燃气系统中的核心部件,对于天然气的运输与运用起着至关重要的作用。针对目前调压器在高压差、大流量情况下不能很好使用的现状,设计出一款轴流式迷宫活塞燃气调压器。通过多级降压的形式实现在高压差、大流量情况下自力式调节降压工作。首先运用三维建模软件Pro/E对所设计的调压器进行三维模型的建立;其次对模型进行简化处理后导入有限元分析软件ANSYS CFX里进行流场仿真分析,验证调压器符合设计要求;最后基于数值模拟的结果分析调压器在结构上存在的不足,并对其进行了结构改进,结果表明改进后的调压器有较好的应用意义。

摘要：随着石油开采进入中后期,油井含水率逐渐增加,井下油水分离系统的研究变得越发重要,油水分离器是井下油水分离系统的核心所在,对其进行设计研究对石油开采工程有着积极作用。文章结合水力旋流原理及超亲水油水分离膜材料,对常规液-液水力旋流器进行结构改造,提出基于膜分离的井下油水分离器方案,并完成了相关尺寸设计计算,同时建立相关模型进行仿真分析,通过与常规旋流器的内部速度场、压力场、油水分布规律进行对比以及相关样机实验与仿真结果的对比分析验证了该方案的可行性。

摘要：20万方原油储罐在不久将成为国家原油战略储备的主力设备,但我国目前尚无20万方储罐的国家标准和设计经验。为此,参考美国API650标准分析了许用应力和高径比对壁厚设计的影响,利用数值模拟对比了3种可行方案和储罐大型化的结构强度变化,并对20万方储罐壁厚组合、大角焊缝、边缘板和罐底接触等影响因素进行了定量分析。结果表明,许用应力超过250 MPa和高径比低于20.18/112的组合方式有利于得到最优化的储罐壁厚组合,储罐大型化将使边缘板应力极值增大10%,罐壁位移增大7%。得到了罐底与地基作用较为剧烈的3个重要部位和边缘板变形的多项式方程,定量分析了储罐关键结构参数对边缘板及罐壁的影响大小,并给出了最优化的取值范围。

摘要：随着油田开采进入高含水阶段,大量采出水的举升和处理使得采油经济效益越来越低。鉴于此,结合我国油田实际情况,提出一种新型有杆泵井下油水分离系统。该系统由注采式一体泵与两级串联旋流器连接,可实现同井采注。基于正交试验设计,以底流口含油质量浓度CU为目标,通过Fluent软件采用RSM雷诺应力模型优化旋流器主要结构参数。同时对两级串联油水分离旋流器内部流场分布情况进行分析,深入研究不同入口速度下两级串联旋流器的分离效率。研究结果表明:结构优化后的单级旋流器CU降低8.7%;两级串联旋流器内部流场具有较强的油水分离能力;不同入口速度下,两级串联旋流器油相体积分数最高可达100%,CU均低于200 mg/L,满足回注标准,其中在曲柄转角φ2=60°和φ3=90°处CU最小,为118 mg/L。该方案能在井下有效进行油水分离,使得分离水相达到回注标准,节省采油成本。

摘要：大量产水天然气井急需通过提高气体携液量的方式来减少井底积液,恢复产气能力,为此,提出一种射流涡流复合排水采气装置。以该装置进出口持液率差值作为试验指标,采用正交试验法,通过导入不同参数组合,对建立的模型进行有限元分析,可以选择最优尺寸结构组合。由正交优化设计方法得到,对试验指标有显著影响的因素为喷嘴直径,影响最小的因素为喉管直径。最优装置结构尺寸组合为:喷嘴直径 15 mm,喉管直径 15 mm,喉管长度 140 mm,螺旋角度 55°,螺旋翼宽 3 mm,旋流器直径 40 mm。根据优化后结构尺寸对持液率差值的影响,可以选择最优尺寸结构组合。所得结果可为射流涡流复合排水采气装置的结构优化提供理论支撑。

摘要：在水平井段钻进时,钻柱与井壁之间的摩阻将抵消一部分钻压,使钻压很难传递到钻头,降低了钻压传递效率。为了降低钻井摩阻、提高钻进效率,研制出了一种新型射流振荡减摩阻工具(以下简称新工具),开展了新工具的动力学和振动减摩阻特性研究,进行了新工具算例分析与室内实验测试,并对其结果进行了对比分析。研究结果表明:①新工具能够产生射流振荡效果,形成脉冲压力波动,使钻柱产生轴向振动,减小钻柱与井壁之间的摩擦阻力;②结合实际工况条件,随着钻压和转盘转速增大,钻头转速波动范围增大,产生钻柱黏滑现象的可能性降低;③算例分析与实验测试结果得到的振动速度均呈现明显的非线性规律,能够反映钻柱的真实振动特性。结论认为,算例计算与实验测试结果一致,验证了新工具结构设计的合理性和计算结果的准确性;新工具有效降低了水平井的钻井摩阻,不仅为实现油气井高效钻井提供了技术支持,也为新条件下的油气井钻井工具开发提供了参考。