超高压地层组合套管的优化设计

国内许多油田深部地层的径向超高压，导致套管大量被挤毁变形，严重影响了油气的正常生产，针对这个问题，本文根据弹性力学中的厚壁简理论和机械优化设计理论，提出了组合套管的优化设计方法。用该方法设计的组合套管，可有效地防止深部软岩地层的径向超高压所引起的套管变形或挤毁。     

管内压力变化速率对套管强度的影响规律研究

对某油田 3 口典型井遇阻井段的综合情况进行分析， 发现这 3 口井出现的套管强度问题都有一个共同的特点， 即在钻完盐膏层并固井以后， 如下部地层为稳定地层就需要降低钻井液密度， 当密度下降到一个值后， 套管出现弹性变形， 造成钻头难以通过， 因此， 套管内钻井液密度的下降过程也将对套管变形产生影响。通过建立管内压力变化速率对套管应力影响的有限元分析模型， 并对其进行分析研究， 结果表明： 当压力变化速率越快时， 套管代表单元上的应力增大速率也越快， 且最大值也越大； 降低管内压力变化速率可以有效降低套管中的应力值， 也即延长密度置换时间有利于套管抗挤， 防止套管变形。     

塑料接线盒的型腔残余应力正交优化

由于塑料接线盒结构比较复杂,面上和侧边有多个小孔,对于注塑成型时熔体流动的阻碍改向较多,易产生较大的型腔内 残余应力,影响塑件强度。笔者设计了正交试验方案列表,并对每个方案组合进行了Moldflow分析,研究了模具温度、注射时间、保压时间、冷却时间、熔体温 度和保压压力6个参数对型腔残余应力的影响,找到了不同因素的影响力大小,合理进行了工艺参数组合的优化,找到了残余应力最小时的最佳工艺参数组合。 试验结果表明：正交试验可以针对试验指标结果进行某一注塑参数的精准优化,避免大量无序摸索,节省了注塑企业的时间和材料成本。     

高压注水井油管柱设计研究

针对注水管柱设计不好可能导致管柱断裂问题,对高压注水管柱作业过程进行了受力分析,给出了轴向拉力、外挤压力和内压力计算公式与注水管柱设计方法。提出在设计注水管柱时,下部管柱钢级和壁厚的初选可用抗挤和抗外压两种方案,然后从两套方案中选取高钢级方案。上部管柱钢级和壁厚按抗拉强度确定。     

螺杆钻具等壁厚衬套性能分析

螺杆钻具以其独特的优势在定向钻井生产中得到青睐，但仍不能广泛应用于深井、高密度泥浆井以及小曲率半径的水平井。目前，常规螺杆钻具衬套的内表面是螺旋曲面，橡胶衬套厚薄不均，衬套抗变形能力低，单级承压小，泄漏沿程长，机械特性软，热膨胀不均、磨损速度快，故导致效率持续降低。因此，长度短、大功率、高压降、低转速螺杆钻具的开发与应用，已成为提高钻井效率、节约钻井成本的重要环节。为此，进行了螺杆钻具橡胶衬套力学性能实验，建立了螺杆钻具等壁厚衬套和常规衬套的力学计算模型。结果表明，在相同压力下，等壁厚衬套比常规衬套有更好的抗形变能力；在相同的过盈量下，等壁厚衬套有更好的密封能力。在同等扭矩下，等壁厚定子螺杆钻具的定子长度可以得到缩短。     

工艺参数对防眩板注射残余应力的影响分析

残余应力会导致注塑制品出现应力痕、应力开裂,翘曲变形和后变形等问题,进而影响制品寿命,光学性能,电学性能和物理性能等。以防眩板为模型,利用Moldflow 软件采用有限元方法,系统分析了模具温度、熔体温度、注射速率、保压压力及玻璃纤维含量对残余应力的影响。结果表明,随注射速率和模具温度的增加残余应力增加,随保压压力、玻璃纤维含量和熔体温度的增加残余应力减小,但各因素对残余应力的影响并不一样,按其敏感程度依次是熔体温度、玻璃纤维含量、保压压力、注射速率及模具温度。     

基于响应面法的地暖锅炉零部件壁厚优化

为解决吹塑地暖锅炉零部件在挤出吹塑成型中产生的翘曲问题，课题组利用ANSYS的POLYFLOW模块对其壁厚进行了仿真模拟研究。以吹胀压力、合模速度和型坯初始壁厚为设计变量，壁厚均匀性函数值为响应目标，通过响应面法获得较佳的工艺参数组合。结果表明对于制件壁厚影响程度：型坯初始壁厚>合模速度>吹胀压力。将仿真结果进行生产实验，所得到的制件成形效果好、壁厚较均匀。通过模拟设计有效减少了修模次数，提高了生产效率，降低了生产成本。     

基于POLYFLOW的药瓶吹塑成型壁厚优化

为解决医用药瓶吹塑过程中塑件壁厚不均的问题,课题组利用ANSYS软件中的POLYFLOW模块对其进行了成型模拟。通过设计L9(33)正交实验表,研究不同吹胀压力、吹胀时间及模具运动速度对塑件壁厚的影响,从而制定出最佳的工艺参数;再对最佳的工艺参数进行模拟验证,最后通过实际生产验证模拟的结果正确与否。结果表明：吹胀时间8 s、吹胀压力为0.1 MPa和模具运动速度为0.9 m/s时,得到的产品质量较好,壁厚较为均匀。通过该研究为吹塑制件的壁厚控制提供了参考,在一定程度上降低了生产成本。     

外圆磨削18CrNiMo7-6表面完整性研究

采用CBN砂轮对渗碳钢18CrNiMo7-6进行不同工艺参数下的外圆磨削,并借助三维形貌测量系统、残余应力测试仪以及显微硬度计分别对表面粗糙度、三维表面形貌、残余应力和显微硬度进行测量,探究不同外圆磨削工艺参数对表面完整性的影响规律。研究结果表明:在以砂轮线速度v_s为单因素变量研究时,v_s=16. 89 m/s(4 300 r/min)下表面粗糙度最优;在以工件速度v_w为单因素变量研究时,v_w=11. 12 m/min (150 r/min)下表面粗糙度值最大,v_w=22. 24 m/min (300 r/min)下表面粗糙度值最小;在以磨削深度a_p为单因素变量研究时,ap=0. 02 mm下表面粗糙度最小。不同磨削工艺参数下工件表面残余应力均呈现为残余压应力,且不同砂轮线速度和工件速度下,深度方向上周向残余应力σ_x和轴向残余应力σ_y也都呈现为残余压应力,残余压应力最大值都出现在表面,之后随深度逐渐减小并趋于稳定。同时结合原始试样的残余应力梯度分布可知,外圆磨削使得工件表层的残余压应力值变大,形成了30μm左右的残余应力变质层。不同砂轮线速度以及不同工件速度下的显微硬度梯度分布均呈现的是先下降后稳定的趋势,且结合原始试样的硬度梯度分布可知,磨削工艺使工件表层形成了约30～60μm的硬化层,显微硬度相对于原始试样有明显的提升。并采用单颗磨粒进行磨削仿真,获得了较为可靠的残余应力梯度分布,与试验结果相比整体趋势一致,具有一定的实际意义。     

套管的失效分析

通过收集石油套管现场失效数据资料,以套管失效为顶事件建立了石油套管的故障树,该故障树共考虑了47个不同的基本事件。通过对套管故障树的分析,得到了套管失效故障树的一阶最小割集27个,二阶最小割集29个,四阶最小割集1个,确立了套管的主要失效形式为潜在损坏、套管挤毁、套管断裂及严重腐蚀,并提出了提高套管可靠性的措施。     

基于有限元分析的套管悬挂器颈部优化设计

心轴式套管悬挂器是石油井口中的关键设备,其颈部在工作和试压时分别承受内压和外压的作用.由于受到悬挂套管管径和连接法兰尺寸限制,悬挂器颈部壁厚较薄,因此,需对套管悬挂器颈部进行强度计算和有限元分析,验证其安全性.文章以Φ232.5 mm心轴式悬挂器为例,运用ASME标准分别计算颈部所能承受的内压和外压,并用ANSYS有限元分析计算,分别就承受内压和外压或者内外压都承受时颈部的所能承受的最高压力,从而获得经济、合理的壁厚值,并提出工程应用过程中避免颈部失效的方法.     

大型塑料检查井刚强度分析及其结构优化

：针对大型塑料检查井刚强度计算和结构设计关键技术问题,采用ANSYS软件建立大型塑料检查井刚强度有限 元分析模型,并采用正交试验设计方法,研究检查井壁厚、主管直径、主管高度、子管直径和子管位置高度等尺寸参数对 应力和应变的影响规律。结果表明尺寸参数对检查井应力影响程度为：子管直径>子管位置高度>壁厚>主管直径> 主管高度。尺寸参数对应变影响程度为：主管高度>子管直径>主管直径>子管位置高度>壁厚;获得的检查井结构优 化尺寸为：壁厚8 mm,主管直径800 mm,主管高度800 mm,子管直径800 mm,子管位置高度100 mm。主管高度和子管 直径是设计过程中应重点考虑的因素。     

井壁稳定性分析在靖边气田水平井钻井设计中的应用简

井壁稳定性问题（即井壁坍塌破裂）会引起系列严重的井下卡钻井漏等事故。靖边气田在钻井过程中,钻遇的地层当中存在多煤层,井壁稳定性问题十分突出,在该地区水平井钻井设计当中进行井壁稳定性分析有着重要的意义。分析了井壁围岩应力分布规律并建立地层坍塌（破裂）压力计算模式,根据库仑-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,计算井壁坍塌（破裂）压力与钻井液安全密度窗口。通过实验研究分析煤层坍塌压力和破裂压力随井斜角、方位角变化规律,提出合理的方位角优选方案,指导水平井钻井方案设计。     

基于Workbench 防冲刺短节疲劳寿命分析

在井控作业中,高速、高压流体冲击防冲刺短节,产生脉动循环冲击载荷,易产生冲击疲劳。通过疲劳寿命理论计算得出防冲蚀短节满足疲劳强度要求。然后,根据材料的S –N 曲线,通过ANSYS Workbench 多物理场耦合分析平台完成对防冲刺短节流固耦合分析,得到作用于防冲刺短节的载荷谱。利用Ncode DsignLife 疲劳分析方法对防冲刺短节进行疲劳寿命数值模拟,采用疲劳安全系数作为疲劳强度失效评价标准,得到防冲刺短节关键区域安全系数均大于1,满足其疲劳强度设计要求,且安全系数云图与应力云图分布位置相同,说明数模结果具有一定指导意义。     

旁路系统高参数减压阀温度场与应力场分析

为了优化旁路系统减压阀阀体结构以提升其在高参数工况下的安全性能,采用有限元分析方法对某高压旁路系 统减压阀承压热冲击强度进行了数值模拟分析,获得了在瞬态和稳态工况下阀体的温度场与应力场的分布情况及其变 化规律。模拟结果表明：开启工况下,阀体应力经历先增大后减小直至稳定的变化过程,395 s时综合应力值达到最大值 131.3 MPa;稳态工况下,最大综合应力值出现于第1级孔板前的位置,数值为96. 597 MPa。由此可得结论：减压阀瞬态 工况为危险工况,温差应力占主导地位。阀体设计中应避免阀体壁厚突变的结构。     

基于ANSYS的压力容器表面凹坑缺陷安全评定分析

采用通用有限元程序ANSYS建立了移动式压力容器筒体外壁表面凹坑（轴向和周向）的有限元模型。结合筒体表面凹坑的应力理论计算，研究探讨了在恒定内压下，筒体表面凹坑缺陷处的应力分布与凹坑几何尺寸之间的关系。以第三强度理论作为仿真终止判据，获取凹坑各几何参量的阈值，利用MATLAB对阈值进行最小二乘拟合，绘制出凹坑缺陷的安全评估参考曲线。拟合结果表明：轴向和周向凹坑对筒体局部结构强度的影响不同，对应的安全评估参考曲线存在区别。     

复杂岩溶桩基长护筒跟进三维数值模拟分析与研究

汤逊湖特大桥岩溶非常发育，岩溶桩基数量为1 968根，约占桩基总数的55%。通过钢护筒下设工艺与midas civil软件对典型岩溶桩基的单、双钢护筒跟进实际工况的三维模拟分析与研究，得出护筒下设至不同溶腔、不同深度时需要确定的筒径与最佳内、外护筒的壁厚，有效地解决了护筒变形、反复坍孔等成孔事故，大大节约了成本，诠释了国内桥梁桩基护筒跟进区域的不确定性。     

大型低速重载径向动压轴承研究

为了开发大型贯流式水轮发电机组径向轴承,在试验台上采用了360的模型轴承对1740可倾6瓦块原型轴承进行模拟试验研究,最高试验比压3.37 MPa、最低线速度3.77 m/s、最高线速度22.62 m/s。试验表明:载荷、进油压力、转速、进油温度和安装间隙比等,对轴承油温升、油流量、功耗、瓦温及油膜厚度等都存在不同程度的影响,其中载荷和转速的影响比较显著。按照模型轴承指导设计的红岩子机组1740轴承已在电站可靠运行,同时开发了径向轴承热弹流计算程序,可以预测径向轴承的油膜压力、油膜温度、油膜厚度、损耗、流量等参数。     

消防水带压力损失的影响因素及计算方法研究

将水带的压力损失分为沿程阻力和局部阻力两部分进行研究,其中局部阻力损失细化为弯曲损失和接扣损失.主要分析沿程阻力损失系数、粗糙度、局部损失系数、水带压力、水带直径和流量对水带压力损失的影响.通过对这些影响因素的分析和大量实验,对水带压力损失公式进行简化,得出了水带压力损失的简化公式以及查询图表.