典型载荷下钻具接头螺纹强度分析

钻具接头在使用中存在连接强度不够和抗扭性能不足等问题,进而易发生黏扣、胀扣、滑脱以及断裂等故障。采用ABAQUS有限元模拟方法对不同钻具螺纹形式,在上扣扭矩载荷或复合载荷(拉伸、扭转、弯曲)作用下进行强度分析;同时对某井失效钻铤样品进行宏观形貌、理化性能、微观形貌及弯曲强度比等分析。分析结果表明:钻具接头螺纹在上扣扭矩(25.79 kN·m)或复合载荷作用下,靠近台肩处螺牙应力水平较高,长期井下使用易对接头造成破坏;螺纹锥度、长度的变化将对接头连接强度产生较大不利影响,而应力减轻结构对于提高接头强度、延长钻具使用寿命具有显著意义。失效钻铤分析结果同样表明,在使用过程中钻铤螺纹选用不合理,导致螺纹型式不匹配,从而产生应力集中,造成钻铤接头螺纹断裂。研究结果可为钻具螺纹的合理使用提供理论依据。

铝合金表面油胺/微弧氧化复合膜层的耐磨性

为提高铝合金表面耐磨性能,采用微弧氧化(MAO)技术在硅酸盐电解液中对2024铝合金进行表面处理,制备微弧氧化陶瓷层;然后通过浸泡法在陶瓷层表面覆盖一层油性涂层,形成复合膜层,以期提高铝合金表面耐磨性能。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别观察复合膜层的表面形貌及物相组成;利用原子力显微镜AFM测试复合膜层的表面粗糙度;利用摩擦磨损试验仪分析复合膜层的摩擦系数。在SEM的观察下复合膜层比微弧氧化陶瓷层更为平整。另外,AFM的结果显示复合膜层的表面粗糙度比微弧氧化陶瓷层降低了73%左右;摩擦磨损检测显示复合膜层的摩擦系数在0.1左右,波动幅度较小,而微弧氧化陶瓷层和铝合金的摩擦系数达0.4左右,波动幅度较大。

钛合金表面W-Mo共渗层耐磨性研究

利用针状等电位空心阴极辉光放电技术,在钛合金（Ti6Al4V）表面进行W-Mo共渗。利用扫描电镜（SEM）观察了W-Mo共渗改性层的表面形貌和截面形貌;采用能谱仪（EDS）检测了改性层元素含量分布;采用X射线衍射仪（XRD）分析了改性层的相结构;利用球-盘摩擦磨损试验仪测试了共渗层在室温和高温干摩擦条件下的耐磨性能。结果表明：在750℃条件下,共渗处理3h后,在钛合金表面形成了厚度约为23.1μm的W-Mo改性层。改性层主要由AlMoTi2和TixW（1-x）相组成。相比于Ti6Al4V基体的摩擦系数,在室温和500℃干摩擦条件下改性层的平均摩擦系数仅为0.21和0.38。摩擦系数显著降低,说明耐磨性能显著提高。

油气场站自动化巡检机器人系统设计

油气场站存储的物质由于具有可燃性,需要高频率的进行巡检。针对油气场站分布较广,占用面积较大,人工巡检费时费力,需要携带各种传感器进行采集与分析数据的问题,设计了一套油气场站自动化巡检机器人系统。该巡检系统包括自主移动平台、底层控制及传感器、自主导航算法、传感器检测算法、数据处理与预警平台。通过设计的被动式底盘和自主导航算法,该系统能够在油气场站的非结构化路面上进行快速巡检;通过设计的传感器检测及处理预警平台,该系统能够对油气场站的甲烷等易燃气体进行自主分析并数据回传,使得检测流程更加简洁高效。经实验测试,所设计的油气场站全自动化巡检机器人系统能够完成灵活的越过各种障碍物,在危险环境下进行巡检,自主建立环境地图并导航,环境异常检测并回传数据,数据分析并报警等复杂任务,能够广泛的运用在油气场站的自动化巡检任务中。

闸板防喷器壳体侧门超声相控阵检测技术

闸板防喷器作为井控关键设备,其侧门密封部位一直是薄弱环节,在高压冲击及循环载荷下局部区域将出现应力集中,进而产生疲劳裂纹。为了在不拆卸闸板防喷器的情况下有效检测出侧门密封部位的裂纹缺陷,采用ABAQUS有限元分析了2FZ35-70双闸板防喷器壳体侧门方腔部位承压情况下的应力分布,发现应力主要集中于侧门方腔矩形角部位。针对应力集中部位,首先采用超声相控阵仿真模拟区分了结构回波与缺陷回波,对缺陷进行了定性与定量分析;然后对含有人工模拟缺陷的试块进行实际检测试验,在上述仿真分析的基础上可准确快速地判断缺陷回波与结构回波。研究结果表明,实际检测结果与仿真分析结果基本相符,超声相控阵检测仿真模拟对现场实际检测具有指导意义,可为现场检测提供参考数据,进一步提高现场检测的效率。

螺纹孔损坏对2FZ35-70闸板防喷器侧门密封性能的影响

为了研究额定工作压力下2FZ35-70闸板防喷器侧门密封连接螺纹孔损坏对密封性能的影响,运用ANSYS有限元分析软件,建立防喷器侧门密封有限元数值模型,开展局部密封连接结构非线性有限元分析,获得密封部位密封圈接触压力的分布特性及结构位移特征。结果表明,当侧门密封连接螺栓孔损坏个数达到2个时,在螺纹孔损坏一侧存在较大区域橡胶圈接触压力明显低于平均接触压力,结构中橡胶圈接触压力下降明显,导致侧门密封连接结构密封性失效。

放喷管线自动打磨爬行机器人设计与试验

针对石油钻井井控装置中放喷管线的外表面打磨清理困难,人工打磨效率低且危害操作人员身体健康的问题,设计一种自动打磨爬行机器人。通过对打磨机器人进行受力分析,确定其内部打磨模块总力矩;同时利用COMSOL有限元仿真分析软件对打磨机器人进行仿真模拟,分析了其外壳与打磨片的应力、位移和应变情况,并对该机器人进行了结构优化。最后进行了自动打磨爬行机器人试验测试,结果表明该机器人对放喷管线外壁杂质可有效去除,打磨后表面整体光滑并可见部分金属光泽,满足后续检测需求。

石墨烯添加剂对铝合金表面微弧氧化膜耐磨耐蚀性的影响

利用微弧氧化技术,通过在硅酸盐电解液中加入石墨烯添加剂,在LY12铝合金表面制备一层含碳陶瓷层,采用扫描电镜、X射线衍射仪和电化学工作站等对陶瓷层的微观结构、成分组成以及耐磨耐蚀性能进行分析检测。结果表明:制备的含碳陶瓷层表面微孔尺寸和粗糙度值均明显降低,主要由Al_2O_3、SiO_2以及Al_2SiO_5物相组成。相比于不含碳的陶瓷层,含碳陶瓷层最大厚度为20.5μm,而且更加均匀致密。在相同的摩擦条件下,含碳陶瓷层的摩擦系数仅为0.09,比不含碳陶瓷层摩擦系数值降低了近3倍,表现出良好的减摩性能。由于含碳陶瓷层的厚度和致密性提高,使其腐蚀电流密度显著降低,耐蚀性也得到了明显的改善。

石墨烯添加剂对微弧氧化陶瓷层耐蚀性能的影响

利用微弧氧化技术,以硅酸盐为主要电解液成分,并通过在电解液中加入一定量的石墨烯添加剂,在镁锂合金表面制备出一层含碳的微弧氧化陶瓷层。利用扫描电镜、电子探针以及X射线衍射仪等检测了含碳陶瓷层的形貌、厚度、元素含量以及物相组成等。结果表明,加入石墨烯添加剂后制备出的含碳陶瓷层表面放电微孔尺寸较小,且无明显裂纹萌生和扩展。陶瓷层总共厚度约为17μm,主要由Li_3Mg_7、Li_3Mg_(17)和MgO等物相组成。利用电化学工作站,研究了试样在NaCl溶液中的耐蚀性能。其结果表明,含碳陶瓷层在NaCl溶液中有着较高的自腐蚀电位和较低的腐蚀电流密度,其耐蚀性能得到明显的提高。

钻井能效评价方法优选与应用

为了提升钻井生产过程能源利用效率,利用对标管理理念与方法,探求一种适用于钻井作业生产特点的能效评价方法。选择一种适宜的能效水平评价方法,科学合理地筛选出能效标杆钻井队,以指导下一步能效对标实践活动的有效开展。对几种常用多指标综合评价方法进行优缺点对比,并结合钻井生产特点逐一进行适应性分析,最终优选出了适用于钻井作业的能效评价方法。通过某钻井公司的能效对标实践案例,验证了该方法的可操作性,为钻井企业科学开展能效对标工作奠定了良好的理论基础。

铝合金类水滑石/微弧氧化复合膜层的超疏水及耐蚀性能

为解决铝合金表面耐蚀性差的问题,采用两种方法在铝合金表面制备一种复合膜层。首先利用微弧氧化(MAO)技术在铝合金表面原位生长陶瓷层。然后利用化学方法在陶瓷层表面原位生长出类水滑石薄膜(LDH)。最后利用硬脂酸对复合膜层进行表面修饰,以达到超疏水表面。利用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、接触角测量仪及电化学工作站分别分析了微弧氧化陶瓷层及复合膜层的表面形貌、物相结构、疏水性以及耐腐蚀性能。结果表明:类水滑石片层物将微弧氧化陶瓷层的缺陷(微孔及微裂纹)完全封闭,并且制备的复合膜层构建出了微/纳二元结构。经表面修饰剂修饰后复合膜层的接触角为155.2°,而微弧氧化陶瓷层的接触角为17.5°。利用电化学工作站测试的极化曲线结果显示,超疏水复合膜层的腐蚀电流密度比微弧氧化陶瓷层降低了约两个数量级;而阻抗图谱分析表明,超疏水复合膜层具有更优异的耐蚀性。

镁锂合金表面含碳陶瓷层的摩擦性能

通过在Na2SiO3-KOH基础电解液中加入石墨烯添加剂,在镁锂合金表面制备出一层自润滑的含碳陶瓷层.利用扫描电镜、原子力显微镜以及X射线衍射仪分析了陶瓷层的表面形貌、粗糙度以及物相组成,利用摩擦磨损试验仪对陶瓷层在室温下的摩擦学性能进行研究.其结果表明,加入石墨烯后制备出的含碳陶瓷层表面放电微孔分布均匀,且其微孔尺寸和表面粗糙度均明显降低.相比于镁锂合金,陶瓷层的表面硬度也得到明显的提高.此外,含碳陶瓷层主要由SiO2、Mg2SiO4以及MgO物相组成,而石墨烯则以机械形式弥散分布于陶瓷层中并起到减摩作用.当石墨烯体积分数为1%时,陶瓷层表面显微硬度为1317.6HV0.1kg,其摩擦系数仅为0.09,其耐磨性明显提高.同时,陶瓷层磨痕的深度和宽度均明显小于镁锂合金,而且较为光滑,表明陶瓷层表面没有发生严重的黏着磨损.

石墨烯含量对陶瓷层微观结构及耐蚀性能的影响

通过在Na2SiO3-KOH基础电解液中加入石墨烯添加剂，研究了石墨烯含量对镁锂合金表面含碳陶瓷层形貌、物相组成以及厚度等的影响。采用电化学极化曲线和阻抗谱方法研究了镁锂合金表面含碳陶瓷层在3．5％NaCl溶液中的腐蚀过程。其结果表明，随着石墨烯含量的升高，含碳陶瓷层表面微孔分布趋于均匀，其陶瓷层厚度和致密性也得到明显的提高。含碳陶瓷层主要由SiO2，Mg2SiO4以及MgO物相组成，而石墨烯则以机械形式弥散分布于表面陶瓷层中。在3．5％NaCl溶液中浸泡30min后，未添加石墨烯制备的陶瓷层自腐蚀电流密度为3．12×10^-6mA·cm^-2，自腐蚀电位为-1．623V；而当石墨烯含量为10ml·L^-1时，制备的含碳陶瓷层自腐蚀电流密度和自腐蚀电位则分别降低到2．69×10^-7mA·cm^-2和-1．568V。阻抗谱数据表明陶瓷层的阻抗模值随着石墨烯含量的升高呈现出先增加后降低的趋势，且陶瓷层的耐蚀性主要由致密层特性决定。