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。     

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。     

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。     

连续管在注入头多种夹持方式下的受力分析

连续管作业机在现场作业时,连续管在传送过程中受到的压紧力会使管体形成一定的椭圆度,影响了连续管的工作性能。研究了连续管在双向夹持、3向夹持和4向夹持等3种夹持状态下的受力和变形,并应用Pro/Mechanica对连续管的应力大小及分布进行了分析,计算了连续管的变形量,指出采用4向夹持方式连续管产生的椭圆度仅为0.26%,最大应力为330.3 MPa,远小于其他2种夹持方式,因此连续管的性能可以得到更大程度地发挥。     

连续油管注入头V形夹持块的角度优化

为降低连续油管在注入过程中的损伤,延长其使用寿命,需要优化其在起下作业过程中的受力。针对连续油管注入头中的V形夹持块,取9组角度值,采用数值模拟的方法研究了夹持块取不同V形角度值时对应的连续油管的最大受力情况。通过试验台试验,验证模拟结果。利用BP神经网络将9组数据进行拟合,得出V形夹持块的最优夹持角度为60°。为连续油管作业机设计提供理论指导。     

连续管注入头现状及发展趋势

注入头是连续管装备的核心部件。介绍了连续管注入头的发展起源,并对现今连续管注入头的典型结构及工作原理进行了阐述。对注入头国内外发展现状进行了详细介绍,并对其发展趋势进行了总结。建议国内加大对连续管钻井装备,特别是钻井用注入头的研发力度,加快连续管装备国产化进程,为我国连续管钻井技术的快速发展创造有利条件。     

连续油管注入头夹块力学分析及结构优化

基于弹性力学理论,提出了一种组合材料的连续油管注入头夹块结构。利用ABAQUS对比分析了常规和组合材料夹块在相同条件下的接触压力分布规律,并对组合材料夹块结构的端面倒圆角半径、环向倒圆角半径进行了优选。分析表明:组合材料夹块结构更加有效地将夹持力传递给连续油管,使得连续油管的接触压力提高且分布均匀,有效地提高了夹持的可靠性。     

连续管钻机注入头夹紧系统载荷均布设计方法

为了使连续管钻机注入头链条和夹持块平稳进入推板,防止夹持块咬管等问题,开展了注入头夹紧系统的载荷均布设计。通过建立注入头驱动系统和夹持系统的相关力学模型进行计算分析,得到半圆形夹持块具有最优异的综合力学性能。采用单因素分析法,分别对半圆形夹持块的径向间隙、夹持块曲率半径、夹持块倒角曲率半径、夹持块环槽数、环槽宽度、环槽倒角曲率半径等参数进行优化设计,获得注入头具有较好的驱动性能和夹持性能的主要结构参数。形成的注入头夹持块几何尺寸设计方法可用于指导ZR5803型注入头的设计。     

连续管注入头驱动方式优化设计

目前连续管注入头驱动方式在实际使用过程中均存在一定的缺陷。为弥补这些缺陷,同时提高注入头的使用性能,从注入头的结构特征和运转特性着手,在阐述各种驱动方式的基础上进行优化设计,提出了一种基于液压辅助的柔性同步驱动系统。运转及测试研究结果表明:柔性同步驱动系统可彻底杜绝未夹持连续管状态下运转注入头而出现链条单边转的现象,更便于链条维护、夹持块更换及连续管穿管操作。改进后的驱动方式在保留现有优点的情况下,链条运转同步性更好,连续管作业机在实际作业过程中的深度计量更准确,有效保证了连续管作业机的安全施工。     

连续管钻机注入头驱动系统结构参数设计方法

连续管钻井是钻井技术发展的重要方向,连续管技术要满足钻井需要,要求连续管作业机注入头具有更大的功率,以适应大管径连续管的作业需求。通过对连续管注入头驱动系统进行相关力学计算,建立了注入头驱动系统关键参数优化设计方法,同时运用机械动态仿真软件RecurDyn建立了注入头链条驱动系统仿真模型,验证了优化结果的合理性。分析结果表明,参数优化后的驱动系统模型在相同的连续管线速度条件下运行平稳,各链节的晃动小;注入头驱动系统结构参数确定后,应用机械动力学仿真方法对系统动态特性进行仿真模拟可以减小设计的盲目性。     

连续油管注入器结构设计及载荷分析

连续油管注入器是连续油管作业装置的关键设备，根据其工作原理，将油管夹紧机构及张紧机构采用单缸杠杆方式，链条驱动机构采用油马达加减速机构方式，可以在保证性能的条件下，降低注入器制造成本。对于油管在高压井作业时的失稳问题，只要注入器的夹紧压块以下到油管导口问距离小于３８０ｍｍ，常用油管就可用于７０ＭＰａ的高压井内作业而不会失稳。根据对连续油管注入器载荷的分析，得出注入器链条载荷与井口压力和油管下入井深间的关系及夹紧油缸和张紧油缸负载计算方法，对于３８．１油管，在井口压力大于或等于２５ＭＰａ的情况下，链条的牵引载荷始终与链条牵引力的方向相反，油马达不会受到扭矩；井口压力小于２５ＭＰａ，油管下入一定深度后，链条的牵引载荷会与链条牵引力的方向相同，但这时载荷的绝对值较小，对系统影响不大。若欲减小注入器张紧油缸的载荷，设计时应尽可能减小驱动链轮的轴线与张紧链轮的轴线间的水平距离。     

连续油管在水平管中的应用

连续油管在垂直井中的应用十分广泛 ,但在水平管、水平井、大斜度定向井中的应用还较少。从连续油管在水平管中的受力分析入手 ,建立数学模型 ,推导计算公式 ,并将计算结果应用于现场 ,通过现场应用的良好效果 ,证实了该技术的可行性 ,为工程技术人员提供了计算依据 ,同时使连续油管的使用更加广泛深入     

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连续油管作业简单省时、安全可靠、节约成本，在水平井作业中具有其他设备不可替代的优点。但由于连续油管与钻具、常规油管相比的轻、柔属性使其在井下受力特殊复杂。文章通过介绍连续油管受力分析方法，用于分析井下受力，也可预测大斜度井中连续油管的动作。     

连续油管导向器结构形式及受力分析

对比分析国内外在役各种结构形式的连续管导向器结构,以其中的3种典型结构的导向器(支架式导向器、悬臂式导向器、单液缸支撑不可旋转导向器)为例,分析其优缺点。建立了力学模型,分析影响各种结构形式导向器受力的因素,为导向器的优化设计提供依据。分析侧向力对导向器的影响,当滚筒宽度较宽或连续管管径较大的情况下,不可忽视侧向力的大小。给出了各种结构形式导向器推荐的使用范围。