集输油环境氟橡胶O形圈老化行为实验研究*

为研究氟橡胶O形圈在集输油环境中的老化行为特征,以长庆油田使用的氟橡胶O形圈(位于非金属复合管连接接头处)为研究对象,采用宏观与微观相结合的方法,通过挂片实验分析氟橡胶O形圈在不同介质（采出油,采出水）、温度（25,50 ℃）、压力条件（0.1,4,6 MPa）下老化后的形貌、质量、拉伸性能及硬度。结果表明:采出油、采出水均能引起O形圈发生溶胀,从而降低O形圈的强度、韧性、硬度;采出水引起的溶胀显著高于采出油更易导致O形圈表面产生坑洞缺陷;渗透速率随温度升高而急剧增加,压力对渗透速率的影响不明显;硬度降低较小,最大降幅为4.17%。结合现场服役813 d的密封圈SEM形貌,证实集输介质渗透会引起氟橡胶圈溶胀、导致表面产生坑洞等缺陷。     

防喷盒聚氨酯胶筒密封性能及其主控因素分析*

为使连续管防喷盒密封胶筒满足深井、高压气井等工况的密封需求,基于有限元方法建立胶筒密封模型,以胶筒密封面上的有效接触应力作为密封性能的评估指标,研究胶筒的结构、材料和工况等参数对防喷盒胶筒密封性能的影响,明确防喷盒胶筒密封性能的主控因素。结果表明:井筒介质压力、胶筒硬度、胶筒与连续管的间隙和摩擦系数是影响胶筒密封性能的主要因素,且井筒介质压力增大,防喷盒胶筒的密封性能增强,当胶筒硬度为75,85 HA、间隙为1.5 mm、摩擦系数为0.1时,胶筒的密封效果更好。连续管的运动方向对胶筒的密封性能有影响,连续管的运动速度对胶筒的密封性能基本无影响。     

仿生凹坑非光滑密封圈有限元分析

针对超临界流体萃取过程中高压环境下的密封问题,设计了一种具有仿生凹坑特征的新型密封圈。将仿生学原理应用到橡胶圈密封技术中,通过软件对光滑与非光滑表面密封圈进行数值模拟,观察在不同压缩量、不同凹坑直径和间距时,密封圈的接触应力和Von-Mises等效应力变化情况。计算结果表明,当压缩率为12%时,光滑和非光滑密封圈产生的接触应力均达到了超临界萃取过程工作的介质压力8 MPa,其中凹坑直径为2.0 mm、凹坑间距为3.0 mm的模型具有最好的密封性能和耐磨性。     

垫片密封结构中螺栓强度的模糊可靠性设计

考虑垫片性能、螺栓静强度和介质压力的不确定性,基于信息熵理论和先漏后爆的观点,建立以垫片密封可靠度和密封连接结构静强度可靠度为设计准则的模糊可靠性设计方法,在所要求的可靠度下设计出合理的密封连接结构,垫片密封安全可靠。     

油罐喷射火燃烧模拟

针对由一定压力的单相或两相介质泄漏或压力泄放系统排放引起的喷射火,利用gambit生成计算区域网格,得到相应的计算模型.再利用Fluent软件中的离散相模型计算气体流动,采用Realizable k-epsilon湍流模型和部分预混燃烧模型来预测燃料的燃烧,模拟了戊烷燃料燃烧和湍动多相流场,给出了燃烧速度矢量、温度和组...     

松软煤层钻进高温闭锁及预警装置研究与应用

针对高瓦斯松软煤层钻孔施工存在孔内瓦斯燃烧的安全隐患问题,提出钻进高温闭锁及压力预警系统,开展钻头与闭锁装置之间的温度传导规律实验、储液密封仓液体介质实验,并进行现场工业性试验。研究结果表明:钻头与储液密封仓之间的温度传输平均差值约为251.52 ℃;储液密封仓选取水为充填介质时,能够保障钻头温度在380~424 ℃范围时蒸汽活塞发生动作;通过现场工业性试验,高温闭锁装置可实现钻头高温下的风水通路闭锁,及时切断氧气来源,避免钻进过程中瓦斯燃烧事故;压力预警装置可将钻进风水通路闭锁转化为声音信号,根据预警时长对钻进过程中的高温、渣堵钻头、瓦斯大等现象进行识别,并及时调整钻进速度及压力,从而降低钻进过程中事故发生的概率。     

地表夯击载荷作用下埋地管道力学分析

为研究地基强夯作业中夯击载荷对埋地管道力学性能的影响,基于有限元原理建立了夯锤-管道-围土耦合三维模型,分析了夯击过程中管道截面变形及所受冲击力变化规律,研究了管道壁厚、夯击速度、夯锤体积对管道应力、应变及变形的影响规律。结果表明:夯击载荷下的管道所受冲击力为脉冲型,且随时间推移逐渐降低为0,最大冲击力随管道壁厚、夯击速度、夯锤体积增大而增大;管道最大等效应力、高应力范围及最大等效塑性应变随壁厚增加而减小,但随夯击速度或夯锤体积增大而增大;随着夯击速度、夯锤体积增大,管道截面变形率（椭圆度或凹陷率）逐渐增大,但其随壁厚增加而减小。     

基于热流固耦合工作面前方瓦斯渗流数值模拟

通过分析温度和地应力对深部煤体瓦斯运移规律的影响,建立了瓦斯渗流热流固耦合模型,以贵州省松和煤矿15#煤层12150采煤工作面为例,利用ComsolMultiphysics软件对深部煤层工作面前方瓦斯渗流进行数值模拟。研究结果表明:受采动影响,在工作面前方“三带”中,卸压区存在大量新裂隙和通道,瓦斯压力梯度最大;在应力集中区至卸压区过渡段瓦斯压力下降速度最快,解释了在该区容易导致瓦斯突出的原因;在应力集中区,瓦斯压力和有效应力较高,压缩煤体,导致煤颗粒排列紧密,渗透率降低;在卸压区,煤体体积形变逐渐变大,产生了很多新裂隙,发生扩容,渗流通道贯通,导致渗透率急剧增加,因此在应力最大处形成了煤层渗透率最低点,随着时间的推移,渗透率最低点逐步远离工作面;在采煤工作面前方,虽然温度升高后瓦斯热运动加剧,有促进瓦斯渗透率的趋势,但由于工作面前方有效应力较大,煤体受热膨胀应力小于有效应力,导致煤体内膨胀,渗流空间减小,造成渗透率降低。     

鼠李糖脂胶团强化超滤处理含铅废水研究

以实验室配制的模拟含铅废水为研究对象,探讨了生物表面活性剂鼠李糖脂强化超滤技术对含铅废水的处理效果。实验结果表明,影响重金属离子铅去除率因素的主次顺序为:p H值鼠李糖脂浓度重金属离子铅的初始浓度操作压力,去除重金属铅离子的最佳条件是:鼠李糖脂浓度为8 CMC,p H值为9,操作压力为300 k Pa,最大去除率可达到89.66%。     

浮盘密封圈的原油挥发及结构优化的研究

根据我国大型浮顶储罐的特点,分析浮盘密封圈内油气的形成和集聚过程,总结浮盘密封圈在运行中出现的问题;指出密封圈内的油气挥发是气液相动态平衡的过程,当前浮盘密封圈的主要缺陷是密封圈内油气空间较大和在运行中无法保证有效密封;消除密封圈内原油的气液相界面是抑制密封圈内原油挥发的根本,减少风、气温变化等外界因素对密封圈内原油挥发的影响是降低密封圈内油气浓度的关键;消除密封圈内部的油气空间、消除密封圈内可能存在的放电点、增强密封结构的稳定性是密封圈结构优化的主要途径。     

水下连接器试压帽结构动态仿真及密封性分析

为解决水下连接器现有力学模型过于简化，预紧力加载不够合理，密封性能分析结果不够准确的问题，基于ABAQUS有限元模拟提出了新的动态接触分析方法，针对水下连接器试压帽双头螺柱结构，探究了安装和试压工况中该结构形式的密封特性及其与等效拧紧力矩的非线性关联。研究结果表明:在塑性失效设计准则范围内，2种工况下密封环的Mises值最大为399.4 MPa；安装工况下，随预紧力的增加，密封环上、下锥面最大接触应力先增大后略微减小；1 145 Nm螺栓拧紧力矩可完成安装工况，并能在试压工况中保证各部件不被弹开；试压工况下，随试验内压的增加，密封环上锥面最大应力缓慢增加，下锥面最大接触应力几乎不变，最终2值近似相等约为850 MPa，密封宽度合理。     

基于D-P准则的煤层钻孔封孔深度分析

为了确定合理的煤层钻孔封孔深度,提高瓦斯抽采效果,基于D-P屈服准则,提出关于中间主应力、煤岩剪膨胀的巷道开挖模型,推出钻孔周围煤体应力应变及钻孔封孔深度表达式。结合工程实例,以煤巷掘进工作面平均瓦斯抽采浓度和钻屑量为基础进行封孔深度的验证。研究结果表明:中间主应力、残余黏聚力、内摩擦角和剪胀角对于封孔深度有重要影响;在一定区间内,钻孔封孔深度随中间主应力的增大而增加,超过某个值后会随着中间主应力的增加而减小;剪胀角越大,扩容系数越大,钻孔封孔深度越大;平均瓦斯抽采浓度和钻屑量测试结果验证了封孔深度的准确性。     

一种新型煤层气旋转控制头旋转总成的温升影响因素分析

可靠有效的冷却润滑系统是旋转控制头安全、高效工作的保证。结合现有成熟技术,设计出一种集冷却润滑系统与旋转总成为一体的新型旋转控制头。为确保其旋转总成冷却润滑的要求,建立1/2实体三维数值模型,分析了密封井压、钻杆转速、井口偏心距对其温升的影响。结果表明:三影响因素均是旋转总成温升的主要因素,随三者的增大旋转总成的热平衡最高温升呈非线性增大,但在其运转所允许的温升范围内;三影响因素对旋转总成的动密封系统温升的影响最为明显,说明动密封系统是旋转总成的主要热源点;井口偏心距的增大较另外两种影响因素的增大,对旋转总成的热平衡最高温升值影响更大,进一步证实了旋转控制头安装过程中减少井口偏心距的重要性。     

南海某深水高温高压气井SS-15型井口头系统薄弱点安全评价

为应对深水高温高压气井生产过程中井口系统复杂性、井口抬升等对整个井口系统完整性的破坏情况,研究环空压力、上顶力、温度、产量对井口头系统薄弱点的影响。基于数值模拟方法建立井口系统有限元力学模型,分析在不同环空压力与上顶力条件下,井口系统各部件的应力大小变化情况,为井口系统薄弱点位置的确定提供理论依据,进而提出深水高温高压井井口系统完整性的管控图版及方法。研究结果表明：环空密封本体与套管挂、锁环与限位槽的接触部位是薄弱点;同一环空压力下,上顶力越大,套管挂等效应力与锁环变形量越大;当上顶力超过700 t时,不论环空压力是否存在,均达到井口系统薄弱点屈服强度。因此,深水高温高压油气井应制定合理生产制度或管理措施,研究结果对保障井口系统完整性,降低深水高温高压井生产阶段风险具有一定参考意义。     

高温环境下气藏型储气库泥岩盖层密封性评价

为探究高温作用对泥岩盖层密封性的影响,从理论上剖析储气库盖层产生热应力的3种形式,在室内试验的基础上,分析泥岩在高温环境下力学损伤程度和盖层物性封闭评价指标随温度变化特征.结果表明:高温环境下泥岩整体结构性能降低,400℃左右是泥岩在周期热应力作用下损伤的阈值温度;高温作用会显著改变泥岩盖层物性封闭特征,400℃左右是...     

Physics of failure analysis of power section assembly for positive displacement motor

Power section assembly is the core part of positive displacement motor (PDM), and its mechanical behavior and service life determine the drilling efficiency and cycle. In this paper, fault tree of power section assembly was established, failure reasons were analyzed and improvement measures were put forward. Finite element models of conventional lining and uniform wall thickness lining of 5/6 PDM were established, and the mechanical behaviors were investigated. Working parameters such as drilling fluid pressure, rubber hardness, downhole temperature and pressure difference were discussed. The results show that wear and rust are the main failure modes of the rotor. Failure modes of rubber lining are wear, tear, rupture, peeling off, thermal failure and fatigue failure. Under the action of drilling fluid pressure, the maximum effective stress of rubber lining appears in the bottom of arc, and the minimum stress appears at the top of arc. But deformation distribution is opposite to the effective stress. Deformation of uniform wall thickness lining is more uniform. Effective stress of the lining increases with the increasing of drilling fluid pressure and rubber hardness, but it decreases with the downhole temperature increases. Deformation of the lining increases with the drilling fluid pressure increases, but it decreases with the increasing of rubber hardness and downhole temperature. Effective stress and deformation distribution of rubber lining are more uneven with the pressure difference increases. High stress area lies between the two smallest chambers.     

动静组合加载作用下块系岩体动力响应分析

深部复杂地质条件下,煤岩破碎更趋呈块系岩体,在动载作用下易于产生超低摩擦效应并失稳诱发煤岩动力灾害。采用FLAC-3D软件模拟块系岩体在垂直冲击载荷和水平静力共同作用下的动力响应,深入分析块系岩体超低摩擦效应发生机理,得到垂直冲击载荷和水平静力共同作用对工作块体位移和应力的影响规律,确定了块系岩体产生残余位移和超低摩擦效应的水平静力特征值条件。研究结果表明:仅垂直冲击载荷作用时,冲击载荷作用强度对残余位移影响并不明显;垂直冲击载荷和水平静力共同作用下,水平静力与残余位移曲线呈半抛物线关系;不同垂直冲击载荷作用下,产生残余位移的突变点不同,且当施加的水平静力处于不同特征值区间时,工作块体运动状态随之不同。