海上油气田在进行老旧采油树改造、更换和维修时,需要实施临时封井作业。目前普遍采用的临时封井方法是RTTS封隔器+风暴阀封井,但其存在封井效果差、封井失效的风险。为此研制了一种新型的临时封井工具。该工具主要由液压坐封封隔器+可开关球阀、封隔器坐封工具+球阀开关工具、回收工具3部分构成,采用液压方式进行封井管柱的坐封,利用液压驱动或机械脱手,上提管柱实现解封、回收工具。室内试验和现场应用结果表明:该新型临时封井工具可以有效封闭油管、套管环空,坐封、解封、回收安全可靠,克服了传统封井方法受限于修井管柱重力坐封,无法坐封浅井段、存在井控和环保风险等诸多不足。研究结果可为海上油气井临时封井提供新方案和试验数据。

针对当前自增强设备设计中所依据的理想弹塑性模型误差较大的情况,从材料实际拉压性能出发,构建自增强残余应力计算模型.分析了超应变度、Bauschinger效应和材料强化对自增强压力和反向屈服的影响,得到了基于材料双线性理论模型的自增强残余应力、临界径比、自增强压力和Bauschinger效应系数计算式;通过材料性能试验、自增强处理试验和残余应力检测,对比分析了基于双线性理论模型和弹塑性理论模型的自增强残余应力计算式的精度.结果表明,双线性模型的计算精度比理想弹塑性模型高2倍以上,其最大计算误差仅为7.57%.

离心泵机械密封在运行过程中易发生端面空化,从而影响设备运行的可靠性和稳定性。为了研究螺旋槽端面空化对机械密封性能的影响,以泄漏量Q、开启力F作为优化目标,以槽深h、槽径比β、螺旋角θ、槽数n及槽位系数λ为变量,建立正交试验表,采用CFD方法进行密封膜流场数值模拟。研究结果表明:λ对开启力及泄漏量的影响显著,n次之;当λ≠0时,液膜内部空化剧烈,影响密封稳定性;当λ=0时,基于正交试验法,提出多目标参数最优工况曲线法,以P(泄漏量增量ΔQ/开启力增量ΔF)作为优化评价指标,得到6组最佳优化工况点,并拟合得到最优工况曲线,为螺旋槽结构的选择和优化提供了理论基础。提出的基于最优工况曲线法可解决正交试验的多目标优化问题,具有普适性。

水下采油树油管悬挂器K形金属密封圈密封结构较为复杂,须通过多因素分析方法进行深入研究。为此,基于Box-Behnken方法进行试验设计,建立了响应面模型,并对密封圈结构进行了优化设计。分析结果表明:建立的密封圈外侧最大接触应力和最大等效应力与设计变量的响应面模型具有较高的拟合精度,满足计算要求;采用响应面法,建立了设计变量与目标函数的优化数学模型,对密封圈的结构尺寸进行了优化;密封圈优化后外侧最大接触应力提高了6.5%,最大等效应力降低了20.9%。所得结论可为水下采油树油管悬挂器密封圈的设计优化提供参考。

水下井口连接器作为连接高压井口与水下采油树、防止井内高温高压流体泄漏的关键设备,其承受着极其恶劣的载荷作用。为研究内压工况下流体渗透压力对井口连接器金属-金属密封的影响,以自主研制的井口连接器为对象,考虑流体渗透压力对VX钢圈密封性能的影响,运用ABAQUS软件分析了井口连接器在预紧和内压工况下的密封性能,探究了预紧力、介质压力、密封圈材料性能和结构参数对其接触应力的影响规律。研究结果表明:轴向预紧力是影响连接器密封性能的重要因素,在保证连接器结构强度下应尽量增大预紧力;随着内压的增大,上密封面的接触应力增加,趋势与下密封面相比较增加速率变低,且下密封面接触应力大于上密封面;316L不锈钢满足密封准则,用其作为密封圈材料更为经济;最优密封锥面锥角α为22.75°,最优密封面宽度b0为28 mm。所得结论可为其他...

涡流工具在输气管线中因端面流体碰撞和间隙流失会引起螺旋流强度不够,进而导致在起伏段携液效果不佳。针对该现象,设计了一种带有导流锥的密封式防积液短节。分别建立了光滑管线、有涡流工具管线和有密封式防积液短节管线的有限元模型,使用计算流体力学的方法对3种模型的流场速度、静压和含液体积分数及其各自的变化规律进行了分析和对比。研究结果表明:防积液短节的导流锥和密封式螺旋流道可有效减少流体碰撞和间隙流失,其引发的螺旋流强度比涡流工具更高,所在管线的流体轴向速度和切向速度得到了提升;管线的静压分布和上倾段液相回流现象得到了改善,气液分界面更加明显,携液距离增加,流型转变更彻底,证明密封式防积液短节比涡流工具具备更佳的携液效果。研究结果可为密封式防积液短节的开发及应用提供一定的理论依据。

基于磁流变液的主动减振技术可以控制钻具振动,提高机械钻速,降低钻井成本。在介绍井下减振技术发展现状的基础上,阐述了磁流变液阻尼器和基于磁流变液的主动减振短节(AVD)的工作原理,对AVD的减振性能进行了室内试验和现场对比试验。试验结果表明,AVD在将振动降至最弱程度的同时提高了机械钻速,还可避免钻柱振动破坏钻头及其他钻柱组件,增大钻头进尺和减少额外的起下钻次数。基于磁流变液的主动减振技术可以很好地解决钻具振动引起的钻压不稳、机械钻速低等问题。最后指出我国应该开展这方面的研究。

高压往复柱塞泵在油田的压裂、酸化和固井等作业过程中常发生失效,特别是作为泵送介质的核心部件阀箱常发生疲劳开裂。为解决柱塞泵阀箱的疲劳失效问题,通过大量的开裂案例分析,系统归纳出油田用高压柱塞泵阀箱发生疲劳开裂的主要诱因,主要包括关键区域的应力集中、阀座区域的冲击作用及泵送介质造成的点蚀等。从结构设计和材料合金设计等2个方面分别进行分析得知,通过优化结构改善阀箱内腔的应力分布情况,以及在阀箱的高强度合金材料的选取上进行改进可延长柱塞泵阀箱的使用寿命。

针对常规3000 m钻机普遍老旧、结构零散、拆装运输工作量大,公路运输时底座等需拆成散件失去快移性能等问题,基于集成化和模块化的设计理念,研制了3000 m快移快装钻机。该钻机在关键配套件上进行技术创新并充分考虑油田运输条件和车辆运输能力,将钻机主体拆分成独立的大模块,模块之间又采用快速组合与拆分技术,以简化机械结构,减少拆装和运输工作量,提高钻机的快速拆装和快速移运性能。钻机采用液压起升方案,不借助绞车动力,用同一组液缸进行井架底座起放,配套集成化偏房和整体式单轴绞车,融合了网电、交流变频控制、主电机自动送钻以及集成化显示与控制等技术。现场应用结果表明:3000 m快移快装钻机运行良好;与老式ZJ30钻机相比,该钻机主体部分的运输车次减少2~3车,建井周期缩短1.0~1.5 d,节约用地33%;以施工2000 m井为例,该钻机可节省燃油16...

针对高压柱塞泵十字头与滑道装配方式为间隙配合，滑道接触摩擦面大，润滑条件差，极易造成十字头与滑道拉伤的问题，设计了一种新型十字头。该十字头主要由十字头体、滑瓦和连接部分组成。十字头体为扁圆体结构，减小了十字头与箱体滑道的接触面，改善了润滑条件。滑瓦与箱体滑道接触面设计有半圆弧形油槽，在滑瓦边沿分别设计有1个泄油孔，保证了滑瓦与箱体滑道之间润滑良好。新型十字头在现场试验中运转时箱体温度50℃，噪声较小，无异常现象。在累计运转3600h后，维修人员进行三保，解体后发现5个缸的箱体滑道、十字头本体和滑瓦均未发生拉伤、磨损、松动现象。