高压井口采气树结构设计与试验研究

针对国内外现有高压井口采气树装置中存在的可靠性低、密封性能差等问题,设计一种EE级78-140高压井口采气树。对高压卡套接头、顶丝填料、金属密封结构等主要零部件进行设计分析、有限元计算及试验测试,结果表明整套井口采气树装置强度满足相关标准和安全性能要求,密封测试达到现场密封性应用标准,具备工业现场应用条件,有利于推动国内高压采气井口装置的发展,促进国内石油装备水平不断进步。

管道腐蚀及振动无线监测系统设计

为实时监测油气管道内的腐蚀及振动情况,设计一种管道腐蚀及振动无线监测系统。该系统由无线传感器、无线路由器、无线网关及云平台系统组成。现场测试结果表明,该系统可精确地检测出管道的厚度、振动、承载、温度等数据,并将数据通过4G通信或以太网上传至云平台,实现实时掌握管道腐蚀状态的功能,对预防管道事故、确保管道安全平稳运行具有重要的现实意义。

超高压旋流除砂器结构响应面优化及数值模拟

采用中心组合试验设计(Central Composite Design,CCD)方法和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法,对旋流除砂器进行了不同结构设计变量与目标变量之间的响应面实验。选用Kriging模型完成了响应面拟合,并结合混合整数顺序二次规划(Mixed-Integer Sequence Quadratic Programming,MISQP)算法完成了最优解的获取,实现了对旋流除砂器结构参数的优化。数值模拟结果与预测结果在分离效率和压降上的误差不超过1%,验证了模型的准确性。多组粒径的数值模拟结果表明:优化结构在分离效率上从87.17%提高到95.63%,提升8.46%;底流管直径、溢流管直径和溢流管插入深度都会对分离效率造成显著影响,但溢流管插入深度对压降的影响并不显著;12组不同粒径模拟结果的tromp曲线显示,粒径35~80μm区间,优化结构具有较高的分离效率,在30μm以下对分离效率提升并不明显。该研究结果对超高压旋流除砂器的优化设计可提供参考。

双层桨叶搅拌罐内固液混合均匀度研究

为提高工程中双层搅拌罐的搅拌均匀性,使用ANSYS Fluent,通过Euler多相流模型以及标准k-ε的湍流模型对双层桨叶搅拌罐内固液混合过程进行模拟。分析了不同转速、桨叶的直径和桨叶间距离对搅拌罐内固液混合均匀度(σ)的影响,并结合罐内速度对固液混合过程进行定量分析。结果表明:当转速低于300 r/min时,搅拌罐内不会出现均匀悬浮,当转速为300、400 r/min时,出现完全离底悬浮,继续增大转速反而降低搅拌效果;当桨叶直径为0.5D(D为搅拌罐内径)时,搅拌罐内固相分布均匀性好;当桨叶距离为390 mm,J_(1)型桨叶的固相有较好的悬浮,当桨叶距离为440 mm,J_(2)型桨叶的固相有较好的悬浮;当距离大于440 mm时,固相大多沉积在搅拌罐底部;桨叶直径和桨叶数量对σ几乎没有影响,转速对σ影响较大;在J_(1)型桨叶组合,转速为400 r/min、桨叶距离为390 mm时的σ最低;在J_(2)型桨叶组合,当转速为300 r/min、桨叶距离为440 mm时的σ最低;转速为300 r/min时J_(2)型桨叶搅拌更好,转速为400 r/min时,J_(1)型桨叶搅拌更好。在最佳参数组合下,搅拌24 s即可达到最好的搅拌效果。

环境温度对AISI 4130钢TIG堆焊Inconel 625合金温度场及应力场的影响

环境温度对非熔化极气体保护焊(TIG)堆焊过程中堆焊层的温度场与应力场有着重要影响。为了探明AISI 4130钢TIG堆焊Inconel 625合金过程中缺陷的产生原因,采用ABAQUS有限元分析软件,对不同热输入量和不同环境温度条件下TIG堆焊Inconel 625合金的温度场和应力场分布规律进行研究。结果表明,当堆焊工艺参数相同时,在较低的环境温度下(0℃)焊缝残余应力高,分布不均匀,焊接变形大,容易产生焊接缺陷。通过适当降低焊接电流及焊接速度,在保证热输入量的条件下,可降低焊接峰值温度、残余应力及应变,从而减少裂纹、孔洞等焊接缺陷的产生,提高焊接质量。

内锁紧悬挂器及井口快速连接装置结构设计研究

近年来,国内外各石油工具公司相继开发了多种结构的悬挂器和井口快速连接装置,并进行了大规模的现场推广应用,但均存在安装困难、费时费力、可靠度低等短板问题。结合载荷要求和现场实际工况,本文设计了多种型号的内锁紧悬挂器以及井口快速连接装置,并建立了内锁紧悬挂器以及井口快速连接装置的力学模型,对井口快速连接装置、锁紧环及快速连接玩具测试工装3种装置进行了有限元分析,并对产品进行了PR2测试,分析得到,各个装置的最大应力均小于其屈服强度值。通过对产品的有限元仿真分析以及现场PR2测试,验证了所设计的内锁紧悬挂器和井口快速连接装置满足现场使用要求,为内缩紧悬挂器以及井口快速连接装置的研究提供了一定的借鉴。

紧急卸荷阀的设计与研究

紧急卸荷阀是油田固井和压裂作业的重要设备,主要用于配备在压裂车、固井车及钻井泥浆泵等高压系统上,现有卸荷阀型号众多,但仍存在适用性差,开启压力控制不精确等问题。因此,本文介绍了一种石油压裂设备用紧急卸荷阀,通过对紧急卸荷阀密封结构和板簧进行设计分析、数据模拟及现场测试得出该紧急卸荷阀阀芯与阀座具有良好的密封性,满足高压力工况的高强度要求,具备精确控制开启压力的功能,为新型紧急卸荷阀结构设计提供了参考。

芯轴式套管、油管悬挂器的PR2性能试验介绍

API 6A井口装置及采油树设备当应用于特殊或恶劣工况,如用于海洋钻井平台钻井作业、极地环境钻井作业及压裂增产作业时,需考虑井口装置及采油树设备的性能等级、可靠性和使用寿命等因素,确保设备在额定工作压力、额定工作温度以及高含硫化氢的介质下高效稳定地工作。相较于常规PR1级,API 6A规范对井口装置及采油树设备关键部件的PR2级性能测试有严格的试验程序和验收要求。文章介绍井口装置及采油树设备关键部件之一芯轴式套管悬挂器和油管悬挂器的PR2性能测试过程、方法及注意事项,供同行参考交流。

激光熔覆制备镍基选择性吸收涂层的研究

针对太阳能选择性吸收涂层成分及制备技术进行创新性研究,利用SYSWELD软件对镍基涂层熔覆温度场进行研究,通过对不同工艺参数模拟得到的温度场比较分析,得到合理的工艺参数为:激光功率P=900 W,扫描速度V=3 mm/s,光斑直径D=3 mm。利用激光熔覆技术,在316不锈钢基体上制备了镍基金属陶瓷单层涂层。研究表明,涂层与基体为冶金结合,Ni/TiN为2:3时,涂层的吸收率(α)为71.3%,发射率(ε)为2.2%,吸收率/发射率(α/ε)为32.4,光热转化效率最高。

大导流面柱塞型节流阀冲蚀规律研究

为了探究柱塞型节流阀在节流过程中因受到高速颗粒冲击和流体冲蚀而导致节流阀失效的问题,以PCG,2-9/16×15M型节流阀为研究对象,采用欧拉-拉格朗日法和离散模型,研究了不同开度、质量流量、流体速度及颗粒直径对阀座和阀芯的冲蚀规律。研究结果表明:随着开度的减小,节流阀主要冲蚀区域从阀体内腔节流处转为导流面节流处;在不同开度下,随着流速的增加,最大冲蚀率统一呈现上升趋势,并随着开度的增加,上升趋势更加明显;随着颗粒直径的增加,最大冲蚀率呈现上升趋势;随着质量流量的增加,最大冲蚀率不稳定,大体呈现上升趋势;节流阀通常在小开度下工作,小开度的不同工况下,节流阀最大冲蚀位置都处在节流阀阀芯上,将节流口处改为阶梯形结构,通过仿真结果对比,可有效降低节流阀最大冲蚀率。研究结果可为节流阀的进一步优化设计提供参考。

浅水水下卧式采油树结构设计分析

为推动我国海洋油气更好的开采,近年来我国陆续研究和突破了水下设备的高压密封、远程控制和复杂零件加工等关键技术问题,成功的研制了水下卧式采油树。本文在简述水下卧式采油树的基本设计规范和基本结构的同时,从设计选型及控制系统、悬挂器等重要部件入手,分析浅水工作环境下水下卧式采油树的结构设计,以期为该设备在浅水环境下的应用和进一步研究提供一定参考。

采油树常见的故障与处理方法分析

石油作为现阶段社会发展的重要能源资源,做好石油资源的开采和应用管理具有必要性和重要性。采油树作为自喷井和机采井石油开采的重要井口装置,发挥着调节控制油气井上部油气生产的重要作用。一旦采油树相关设备零件出现故障,将会直接影响油气开采的效率和质量。因此展开对采油树常见故障分析,提出相应的处理方法的研究势在必行。下文通过对采油树的结构以及操作流程入手,由此来探索起操作中常见的故障形式。

基于蒙特卡罗方法的液压随动臂工作空间分析

以某公司的液压随动臂为研究对象,建立改进型D-H坐标系,通过运动学正解方程求解了液压随动臂末端执行器的三维工作空间。根据蒙特卡罗方法和极值理论求解压裂作业井口高度处的工作面,研究了在固定停车误差下,液压随动臂臂长对停车距离和工作宽度的影响规律。结果表明,在固定停车误差下,当前大臂长度大于等于后大臂长度时,随着液压随动臂前大臂的加长,停车距离等斜率增大,工作宽度基本不变;随着液压随动臂后大臂的加长,停车距离基本不变,工作宽度等斜率变宽。在此基础上,提出了通过设定合理接口高度,缓解两臂臂长差值较大的方法。研究结果可为液压随动臂优化设计提供理论参考。

热采井口装置在稠油热采中的应用

稠油亦称重质原油或高粘度原油,在油田的开采过程中,稠油具有特殊的高粘度和高凝固点特性,在开发和应用的很多方面都会遇到一些技术难题,针对稠油粘度大等特征和各油藏的构造可采取不同的采油工艺。稠油油藏热采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、SAGD以及与稠油热采配套的其他工艺技术等,本文针对稠油热采中热采井口装置的应用进行分析和探讨。