连续管用非旋转接头的研制

国内相当多的油田均处于开发中后期,许多老油田及衰竭油气藏需要通过老井加深或者开窗侧钻进行二次开发.国内连续管定向钻井作为老井加深及开窗侧钻的增产方式,目前正处于试验,探索阶段,连续管用非旋转接头作为连续管施工时连接的提效工具,使用非旋转接头可以在连续管和井下工具进行连接时,提高连接效率,缩短连接时间.     

单点系泊输油旋转接头结构设计与分析

单点系泊系统中,旋转接头由于设计难度大、制造工艺复杂以及密封性能要求高等特点,一直被国外公司作为核心技术而长期封锁,国内目前还没有自主设计制造的单点系泊旋转接头投产使用。鉴于此,根据单点系泊输油终端的功能需求总结了输油旋转接头的结构设计技术要求,并根据规范设计了一种单通道轴向旋转接头,对该旋转接头的结构型式进行了论证及壁厚计算;通过有限元分析计算了旋转接头结构所受应力及变形,验证了装置的本体结构所受应力小于其许用应力,轴承安装螺栓所受最大应力在其屈服强度范围内,密封间隙的最大变形量在密封件要求的范围内,从而有效地保证了旋转接头装置密封性能的可靠性;最后采用设计的旋转接头台架试验装置对旋转接头原型样机进行了旋转效用试验、静态密封试验和动态密封试验,试验中未出现密封泄漏,进一步验证了旋转接头结构设计的可靠性。该项研究提供了单点系泊旋转接头的设计与验证方法,对旋转接头的国产化应用具有一定的借鉴意义。     

新型气密封特殊螺纹接头抗旋转弯曲疲劳试验研究

套管接头在水平井下入过程中承受大量旋转-弯曲疲劳循环载荷,这种循环载荷会导致套管接头螺纹根部产生高应力,导致疲劳损伤和潜在的结构失效,从而对后续油井作业中的管柱接头密封和结构能力产生影响,因此需开展套管特殊螺纹抗旋转弯曲疲劳试验研究。基于API 5C5:2017及API TR 5SF标准,通过对某型特殊螺纹套管进行共振弯曲疲劳试验,评价该特殊螺纹接头在疲劳振动载荷下的密封性。结果显示,试验中加载频率越接近试样固有频率,振动越激烈,弯曲应力幅值越大;1#试样在内压60 MPa、弯曲度＞20°/30 m的加载条件下,累计加载循环次数54 192次后,试样完好,螺纹接头及管体未出现渗漏及破坏;2#试样在内压0.5 MPa、弯曲度＞20°/30 m的加载条件下,累计加载循环次数107 535次后,试样完好,螺纹接头及管体未出现渗漏及破坏。研究表明,该规格特殊螺纹接头在疲劳振动载荷下仍具有良好的密封性。该试验为共振弯曲疲劳试验方法和相应试验设备在特殊螺纹套管疲劳振动试验领域的深入应用提供了参考。     

连续管旋转射流油管除垢技术研究和应用

为了对油套管内壁进行全方位的清洗除垢,同时克服射流清洗除垢方式的不足,提出了连续管旋转射流除垢技术。该技术通过减少喷嘴数量和降低排量,提高喷嘴的射流速度,利用喷射反力和旋转接头使喷嘴旋转对油管内壁实施全方位除垢。旋转射流工具包括限速旋转接头和喷嘴,对喷嘴流道和射流流体进行了优化,通过地面试验对限速旋转喷射工具的性能和参数选择的合理性进行了验证,同时对该技术进行了现场应用。地面试验结果表明,油管除垢的喷嘴射流速度要在150 m/s以上,这样才能完全清除油套管内壁的杂质,达到恢复井筒通径的目的。     

高压对气井套管接头螺纹接触应力的影响研究

高温高压气井对螺纹密封性的要求要比油井更为严格。对于高压气井中的整个管柱,每一段处于不同的力学环境中,发生泄漏的可能性也不同,因此研究压力对气井套管接头螺纹接触应力的影响,对高压气井套管的合理使用尤为重要。利用弹塑性有限元分析方法,建立了API偏梯型螺纹套管接头的有限元模型,分析了气井压力对套管接头接触应力的影响,提供了研究压力对套管接头螺纹接触应力影响的方法。对于井口压力或井底压力超过34MPa的高压气井,应选用气密性良好的特殊螺纹接头,建议采用金属对金属的螺纹接头套管,以加强螺纹部位的连接强度和密封性能。     

钛/铝异种金属旋转摩擦焊接接头界面组织与性能

为了研究钛/铝异种金属旋转摩擦焊接接头界面金属间化合物形成的过程,对激光增材制造技术制备的Ti6Al4V和AlSi10Mg进行了旋转摩擦焊接,并通过显微组织分析、拉伸试验、硬度测试等手段研究了接头界面的组织和力学性能。从X射线衍射结果和EDS元素变化发现接头界面处形成了TiAl3相,SEM图也观察到焊接界面有脆性金属层的存在。通过显微组织表征和力学性能测试,系统地验证了界面生成较少的脆性金属化合物。     

特殊螺纹接头密封可靠性数值分析

在实际加工中,金属对金属密封结构的特殊螺纹接头的参数是变化的,金属密封面上接触压力也是变化的。利用有限元概率分析功能建立了研究密封面上接触压力分布的方法,分析了特殊接头在锥度、密封直径、载荷等多个参数在随机变化条件下的密封面接触压力的分布规律,计算了密封可靠性。结果表明,不合适的螺纹参数匹配将导致密封面在拉伸载荷作用下失去密封能力。使用该特殊螺纹接头可靠性分析方法有助于优化螺纹密封结构与参数加工公差设计,进行管柱的可靠性设计与剩余寿命评估,提高接头的密封可靠性。     

调质钢焊接接头冲击韧性影响因素分析

焊接线能量对调质状态使用的低合金高强钢焊接接头的力学性能尤其是冲击韧性影响很大。通过对工程数据进行分析,找出主要影响因素,确保了焊接质量。     

旋转控制头胶芯性能的影响因素分析

为了研究旋转控制头胶芯配方及胶芯的使用和储存温度对其密封性能的影响,基于虚功原理应用橡胶单轴压缩试验确立了胶芯变形过程中Yeoh本构模型,利用ABAQUS软件建立了旋转控制头胶芯动态密封仿真模型,讨论了摩擦因数、材料配方及温度对旋转控制头胶芯密封性能的影响。分析结果表明:采用Yeoh本构模型能够较好地拟合胶芯材料的大变形现象;胶芯的密封性能随着摩擦因数的增大而增强,但摩擦因数过大会加速胶芯失效,推荐胶芯材料摩擦因数为0.40;低温储存和运输过程对旋转控制头胶芯的力学性能影响不大,但在使用前需做充分预热处理;高温环境下,胶芯材料的拉伸强度随温度的升高先降低后增加,在65℃左右降到最低。所得结果可为提高国产旋转控制头胶芯的性能提供参考。     

自膨胀封隔器密封性能影响因素分析

封隔器胶筒密封性能的研究关键就是胶筒与井壁之间的最大接触压力。以YZF51/2″×203×3000型遇油膨胀封隔器为研究对象,利用有限元软件分析了胶筒橡胶硬度、井壁摩擦因数以及工作压力对胶筒与井壁的接触压力以及胶筒应力的影响。分析结果表明,随着橡胶硬度的增加,胶筒与井壁间最大接触压力增加,密封性能增加;井壁摩擦因数较小时,胶筒与井壁间最大接触压力随着摩擦因数增加显著,但当摩擦因数大于0.15后,其对接触压力影响较小;工作压力应该控制在90 MPa以内,即工作压差在30 MPa以内,封隔器能够实现安全密封。研究结果可指导自膨胀封隔器胶筒的优化设计以及自膨胀封隔器的现场应用。     

SL450水龙头提环三维有限元分析

分析了ＳＬ４５０水龙头提环三维应力场，并采用三维有限元位移法对危险截面处不同形态和不同深度表面椭圆裂纹的应力强度因子进行了求解，给出了应力强度因子沿裂纹前缘的变化规律。按有限元数值，拟合出了应力强度因子的近似计算式，为预测带裂纹水龙头提环的承载能力和剩余寿命，确定探伤周期，制定判废标准等提供了必要的断裂分析参数。     

连续油管滚筒多层缠绕力学分析与试验研究

为了研究多层连续油管缠绕工况下滚筒的受力特性,通过理论分析得到滚筒筒身径向力、滚筒辐板轴向力及多层缠绕系数的计算方法。以某型号连续油管运输滚筒为例,计算得到相关力学参数。通过有限元仿真及应力-应变测试,对理论计算方法进行验证。结果表明：仿真与试验结果趋于一致,验证了理论计算方法的合理性;连续油管滚筒筒身所受径向力随缠绕层数的增加而增大,但增幅逐渐趋缓;滚筒辐板所受轴向力随缠绕层数的增加而增大,且二者呈近似的线性关系。为了提高工程计算的效率,将多层缠绕系数应用于工程简化计算中,为设计满足复杂工况的滚筒提供可靠的技术手段。     

活套法兰密封性影响因素分析

分析了活套法兰连接中螺栓和垫片从预紧状态到操作状态过程中的受力与伸长量的关系,探讨了影响其预紧力的因素并和无因次量法得出的影响因素进行了比较。结果显示,螺栓的弹性刚度越大,螺栓载荷的增大越多,其密封比压也越大,也越有助于密封。给出了较合理的活套法兰连接中螺栓的星型预紧顺序,其结果可为快速校核活套法兰连接系统密封性提供参考。     

修井动力水龙头疲劳有限元分析方法研究

基于Palmgren-Miner疲劳损伤累加理论,提出了一种与动力水龙头工作实际相符的疲劳寿命有限元分析方法。在考虑应力集中、零件尺寸、表面条件、腐蚀状态及载荷变化影响的基础上,确定了满足FEM 1.001规范的材料S-N曲线计算和修正方法。以提环为研究对象,采用该方法进行疲劳寿命有限元模拟。结果表明,提环疲劳寿命值高于动力水龙头服役周期工作总次数,提环疲劳寿命满足设计要求。     

基于有限元法对小椭圆度连续管挤毁压力研究

连续管在滚筒上缠绕和卸绕,由最初的近乎理想圆不断地椭圆化。与理想圆相比,椭圆化在很大程度上降低了连续管的挤毁压力。建立了小椭圆度连续管的有限元模型,并加载分析,将其结果与试验数据相比较,可以发现,该模型有着较高的可靠性。此外,通过该模型计算φ88.9 mm×4.83 mm、材料屈服强度514 MPa连续管不同椭圆度下的挤毁强度,并回归该规格连续管挤毁强度与椭圆度关系式。     

水龙头高压盘根密封失效分析与结构改进

盘根密封是水龙头的关键环节，其性能直接影响水龙头的寿命和钻井速度。通过对国民油井公司的一种高压水龙头与现有水龙头密封结构的对比，综合分析了密封的破坏原因。按其工作原理，利用ANSYS有限元工程分析软件分析了密封圈接触压力，指出了采用高压润滑油隔离泥浆的合理依据。针对目前国内水龙头在高压下密封寿命极短这一问题，提出了改进措施与方法，对于国内高压水龙头设计具有一定的参考价值。     

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。     

油管悬挂器U形金属圈密封性能研究

在油气开采向深水、高温、高压环境发展的大趋势下,密封技术决定了水下生产系统的可靠性和安全性。 设计了一种水下油管悬挂器出油口处U形金属圈,以密封性能和结构强度2个评判指标来评定金属密封圈的性能。参考AMSE Ⅷ-2中的结构塑性垮塌分析和局部失效的分析方法,结合有限元数值模拟研究U形金属圈在1.5倍额定工作压力的测试压力下的密封性能和结构强度。结果表明:在预紧和生产工况下,U形金属圈的密封性能满足设计要求,其接触唇有效接触宽度上的接触压力均满足预紧比压和工作比压要求。在测试工况下,密封圈整体结构满足防止塑性垮塌和局部失效评定的要求,但密封圈接触唇处易发生局部失效,应重点设计其接触唇的圆弧曲率半径。     

特殊螺纹油管密封性能超声检测方法研究

特殊螺纹油管密封面接触压力大小和分布对其密封性能有重要影响.对双粗糙表面施加压力模拟油管螺纹密封面接触过程,获取不同压力下接触界面超声回波信号,分析频谱特征参数与接触应力大小的关系.对幅度谱进行归一化处理,计算了不同压力及加载次数下每一频率下的反射系数.分析结果表明:归一化幅度谱出现两个极值,分别在5和8 MHz处,加...