注入头夹持块夹持性能研究及结构优化

夹持块是注入头的核心部件,对注入头整体可靠性具有至关重要的影响。为了探讨注入头夹持块的夹持性能,基于非线性接触理论,建立了夹持块夹持力学模型,从正压力、连续管应力及管径偏差适应性等方面综合分析了夹持块性能,并提出一种高效率弹性夹持块。研究结果表明:常规夹持块正压力和效率随其与连续管外径偏差的增大而降低;同常规夹持块相比,弹性夹持块平均正压力提升20%～37%、接触面积提升6%～10%,效率提升35%～57%;弹性夹持块沟槽和底部壁厚具有一个最优值,基于选用的分析参数,建议槽宽取值40～60 mm,底部壁厚取值8～10 mm。理论分析结果与试验结果非常接近,有助于注入头和夹持块的优化设计。     

CT-摩擦块静摩擦因数测定试验研究

为了测定CT-摩擦块的静摩擦因数,进行了相应试验。制造了连续管静摩擦因数测试专用试验装置,并确定了试验测试方法。试验发现,CT与摩擦块之间静摩擦因数与CT的初始曲度有一定关系;当摩擦块与CT之间磨损量加大,管-块之间配合改变,各试件实测静摩擦因数呈下降趋势,最终趋于恒定,保持在0.5以上;注入头优化设计中采用最小试验测定静摩擦因数是安全可靠的。     

碳纤维连续抽油杆夹持技术

碳纤维连续抽油杆(简称碳纤维杆)具有质量轻、抗拉强度高和抗腐蚀性强等优点,用于深井、超深井和腐蚀性油井可大大降低能耗、提高采油效率,但是由于碳纤维杆的抗剪能力差、表面摩擦因数低,已有的碳纤维杆夹持系统提升力不足、伤杆断杆等问题突出,大大影响了碳纤维杆技术的推广应用。为了解决碳纤维杆的夹持难题,开展了碳纤维杆的基础性能评价、夹持摩擦副材料开发、表面结构及介质影响配套夹持系统试验等方面的研究工作。通过试验对比研究,优选了碳纤维杆的夹持摩擦副材料和夹持表面结构形式,提高了对碳纤维杆夹持的提升力和可靠性;结合碳纤维杆作业机注入头夹持系统非对称运动的特性,优化了夹持块的结构,并对夹持块切入角部位采用软合金材料,解决了碳纤维杆夹持时存在的错位夹持块弯折咬杆和注入头运转时的切入角磕碰伤杆问题。配套作业机注入头形成的碳纤维杆无损伤夹持技术,为碳纤维杆技术在油田的推广应用奠定了基础。     

连续管注入头夹持块结构优化研究

注入头是连续管装备中控制连续管上提和下注的主要装置,而夹持块是注入头与连续管直接接触的关键部件,结构合理的夹持块不仅能满足注入头作业质量要求,而且对连续管的伤害也较小。以夹持块和连续管的接触模型为研究对象,探索夹持块结构参数与连续管应力和变形之间的变化规律。研究结果表明,夹持块采用圆弧形结构可减轻对连续管的伤害,圆弧形夹持块的组合式设计可缩短其更换而造成的停工时间;当夹持块圆周包角在160°～175°、内径在88.75～88.90 mm范围内取值时,连续管的应力和变形情况均较好,夹持块的夹持能力也较强,能够收到较好的优化效果。     

连续管注入头夹持块的夹持性能研究

为了从各类夹持块中优选出性能最优结构形式的夹持块,以目前常用的半圆形、四瓣式和V形夹持块为对象,分别进行了夹持块与连续管之间的摩擦阻力系数理论及试验研究,并对接触受力进行有限元分析,从夹持块夹持连续管产生的摩擦阻力和挤压力2个方面对比分析了这3种夹持块的性能。分析结果表明,半圆形夹持块摩擦阻力系数最大;V形夹持块摩擦阻力系数最小,且对连续管产生的挤压应力最大,因此综合性能最差;四瓣式夹持块对连续管产生的挤压应力最小,对连续管具有很好的保护作用,综合性能最好。     

注入头链条传动中各夹持块提升力的分布

连续管在作业过程中,依靠注入头链条带动夹持块夹持连续管进行起升和下入操作,各夹持块提升力的均衡对安全作业和防止连续管损伤有重大意义。鉴于此,分析了连续管-夹持块-链条传动结构,在假定夹持块和连续管之间无滑移情况下,提出了连续管-夹持块-链条力学模型,分析了夹持块与链条之间连接的线性弹簧和非线性弹簧对夹持块载荷均衡的影响。分析结果表明:具有开平方和开立方函数的弹簧更利于载荷均衡,软弹簧也有利于载荷均衡,但软弹簧可能造成连续管较大的振动激励。研究结果可为设计更加合理的连续管注入头以及正确维护和操作连续管注入头奠定理论基础。     

摩擦表面重构的研究

在干摩擦或边界润滑条件下,摩擦副材料的组成与摩擦学特性都会在摩擦接触过程中发生改变。分析了多种摩擦系统中表面重构对于材料和机械摩擦学性能的重要影响。提出了从改善材料表面重构入手,设计新型材料和润滑剂的研究思路。     

添加剂对摩擦表面残余应力的影响

用不同添加剂和在不同试验条件下，对摩擦表面残余应力的影响进行了考察，结果表明，所有磨斑表面均为残余压应力。添加剂对残余应力有明显的影响，试验条件（时间和负荷）变化的初期，残余应力的变化最大，然后呈周期性变化。     

新型摩擦表面再生剂的摩擦学性能研究

利用自制的摩擦实验台研究了以天然矿物为主的摩圣摩擦表面再生剂在轴瓦材料上的摩擦学性能;用光学显微镜、扫描电子显微镜和能量散射谱仪(EDS)对摩擦表面进行了分析。摩擦磨损实验表明,润滑油中加入摩圣后,摩圣粒子增加了润滑油膜的强度和承载能力,可以减小摩擦系数50%以上,提高抗磨性能8倍以上,具有优良的摩擦学性能。同时,微观分析表明,微小的摩圣矿物粒子大量嵌入摩擦表面,可对摩擦表面起到强化和修复的作用。     

表面活性剂和聚合物稳定泡沫在多孔介质中的结构／性能关系

聚合物的加入有可能增强表面活性剂一稳定泡沫的粘度和稳定性。但是，我们不太了解且很难预测在多孔岩石中保留和增强聚合物一稠化泡沫的整体性质到什么程度。我们比较了等效剪切速率下两种不同类型聚合物稠化泡沫在层状管线(总体)中流动与固结砂岩中相同流动的粘度。就一种泡沫而言，岩石的视粘度与管线流动的粘度很相似。但是，对另一种泡沫来说，岩石的视粘度比管线流动大一个数量级。用低能电子扫描显微技术来检定两种泡沫在岩石中的孔隙规模的形态学。我们发现，两种泡沫的形态学至少解释了整体(管线)流动和约束(多孔介质)流动之间泡沫流动性能的大部分观测差异。此工作对于不同的应用，包括用于流度控制、堵塞和暂堵的最有效表面活性剂的技术规格和配方来说很重要。     

钻井牵引机器人摩擦块—井壁接触性能分析

钻井牵引机器人的牵引力主要来源于支撑机构摩擦块与岩石井壁之间的相互作用力,牵引力与等效摩擦系数是机器人力学特性分析和结构设计的关键。基于此,文章建立了摩擦块与井壁数值仿真模型,分析了摩擦块牙齿轮廓尺寸、数量、正压力、嵌入深度等对当量摩擦系数、牵引力的影响规律。结果表明,正压力和齿前角是影响摩擦块当量摩擦系数的主要参数,也是影响钻井牵引机器人是否能稳定抓靠井壁的主要因素;当摩擦块牙齿齿前角35°、齿后角60°、齿斜角30°、嵌入深度2.5～3.0 mm时,单个摩擦块可提供的轴向牵引力约30 000 N,则钻井牵引机器人三个摩擦块可提供牵引力约90 000 N。该研究成果可为钻井牵引支撑机构力学特性分析和结构优化设计提供理论依据。     

连续管作业注入头夹持机理研究

对连续管作业注入头夹持机理进行了分析,将夹持力简化为沿周向正弦分布的压力,利用级数形式的应力函数、应力边界条件和位移连续条件得到不规则外压作用下的应力分布,给出了连续管内、外表面关键点处的等效应力随着夹持力、轴向拉力、内压、连续管壁厚和外径变化而变化的规律:①等效应力随着夹持力的增大而迅速增大;②除了轴向拉力很小的情况以外,等效应力随轴向拉力F的增大而增大;③在连续管的不同位置,内压对等效应力的影响趋势不同。在内表面θ=0点和外表面θ=π/2点的等效应力随内压的增大而减小;而内表面θ=π/2和外表面θ=0点的等效应力随内压的增大而增大;④随着壁厚的增大连续管内、外表面的等效应力均有所减小;⑤在壁厚和夹持力一定时,等效应力随外径的增大出现先减小后增大的趋势;⑥随着内压由小逐渐增大,屈服极限曲线出现先外移后内移的现象,且弹性区的范围随着内压的增大逐渐减小。     

石油钻机绞车刹车鼓中频感应淬火摩擦性能研究

刹车鼓是石油钻机绞车中的关键部件,要求具有高的耐磨性和良好的制动性能。利用显微硬度计、金相显微镜、万能摩擦磨损试验机等设备对刹车鼓中频感应淬火和常规淬火试样的硬度、显微组织、摩擦因数等进行了对比分析研究。结果表明:感应淬火试样的硬度总体呈下降梯度分布,在淬硬层范围内高于常规淬火试样的硬度;相比于常规淬火试样的显微组织,感应淬火试样的表层淬硬层中马氏体更为细小,残余奥氏体含量也相对较少;感应淬火试样的摩擦因数高于常规淬火和调质状态试样的摩擦因数,其摩擦性能优良。     

低摩阻泵漏失量及摩阻分析研究

为了提高低摩阻泵的工作效率,减小摩阻损失,对泵漏失量、柱塞与泵筒的摩擦力进行理论分析计算,并将由缝隙流动理论计算的摩擦力与液压卡紧力引起的摩擦力进行对比,发现缝隙流动理论计算的摩擦力可以忽略不计,要减小摩阻,关键在于增大柱塞与泵筒之间的间隙和减小漏失量。对低摩阻泵和常规柱塞泵的漏失量和摩阻进行试验验证,验证结果表明,在相同条件下,常规柱塞泵的漏失量大于低摩阻泵,且漏失量的差别随泵径的增加而增大;在泵间隙相同时,常规柱塞泵的摩阻大于低摩阻泵。     

受界面附加阻力影响的双重介质径向复合油藏试井解释模型研究

实践表明,流体在复合油藏交接面间的流动存在着一定的附加阻力,尤其是渗透率低于5×10-3μm2的油藏,这种附加阻力的影响表现得更加明显。针对双重介质型复合油藏,在界面连接条件中引入“界面表皮”来建立数学模型,通过对模型进行Laplace变换,获得拉氏空间解,通过反演计算,获得了井底无因次压力与无因次时间的关系曲线,分析了界面附加阻力对双重介质型复合油藏压力动态的影响。     

波纹管结构参数对传热性能影响

分别以不同规格的波纹管为模型,应用FLUENT软件对湍流流动状态下波纹管内的传热进行模拟,分析了流体流动状态和波纹管几何结构参数对传热系数的影响。结果表明,波纹管的壁面平均传热系数随着入口雷诺数的增加而增大;与光滑管相比,在低雷诺数的情况下,波纹管传热强化效率随雷诺数的增大而增大,而随着雷诺数的进一步提高,波纹管的强化传热效果逐步减弱;当波纹管的外径与内径的比值在1.25~1.40时,其传热强化效果最好。     

基于CT图像的孔隙结构参数提取算法改进

对岩石三维复杂孔隙结构进行定量表征最新的方法是基于三维数字岩心,通过提取微观孔隙空间的孔隙网络模型进行定量表征。目前常用的方法是最大球算法,但该算法确定的孔隙长度偏大而喉道长度偏小,间接影响其他孔隙和喉道参数的确定。针对遇到的问题,在最大球算法的基础上通过引入图形几何变换和判别分析2项关键算法,实现了孔隙、喉道的合理划分,准确提取岩石的孔径分布。与核磁共振T2谱转换的岩石孔径分布对比表明,改进的最大球算法能够准确地提取岩石的孔径分布。