全孔反循环气动冲击潜孔锤设计及其冲击碰撞性能研究

设计了一款全孔反循环气动冲击潜孔锤,主要由逆止阀系统、气缸、锤体、芯管、钻头等组成,可在井底形成冲击回转破岩效果,提高硬质地层机械钻速。为使该潜孔锤达到破岩要求,并防止高频冲击导致井底岩屑重复破碎,建立了该潜孔锤的虚拟样机,采用多体动力学和显示动力学仿真方法,对锤体与钻头间的冲击碰撞作用进行了仿真模拟,分析了潜孔锤工作过程中冲击运动组件的碰撞特性及其结构强度,并应用回归分析方法获得了锤体回弹速度与上一循环的冲击末速度关系的计算方程,通过强度分析得出了锤体冲击末速度的最适合范围为5.8～7.2m/s。

车用散热器易损区域的实验分析

为了改善车用散热器易损区域应力分布状态,以21XHP系列散热器为研究对象,通过三维建模、有限元求解等方法对散热器易损区域分析,结果表明,散热器水室两侧加强筋、主片两侧、扁管和主片焊接部位为应力集中区域。并模拟散热器实际工况进行压力交变实验,实验结果表明,仿真所得散热器易损区域分布与实验结果相符,提出对散热器水室两侧加强筋加高加宽、主片加厚、翅片加密等解决方案。最后采用两参数威布尔分布对失效散热器实验数据进行分析,得出散热器失效阶段属于早期耗损故障期,为散热器材料出现高周疲劳所致,需提高材料的屈服强度,减少腐蚀介质等。

井下震源发生器动力学研究及性能优化

在开发新油田和调整老油田时,为了减少井眼相碰带来的经济损失,采用了井眼轨道设计、随钻测量和防碰扫描等技术,但这些技术均存在一定的不足,不利于井眼间防碰监测。为此,设计了一种井下震源发生器。该工具的基本工作原理是通过液压装置蓄能,利用弹簧力驱使冲锤冲击铁砧产生理想的震击力。以冲锤为研究对象,建立了井下震源发生器的动力学模型,通过MATLAB GUI进行数值模拟程序编制,求解冲锤速度、加速度和位移与时间关系的微分方程,获得井下震源发生器输出性能规律,通过改变弹簧刚度、冲锤质量、节流面积和钻井液密度等,研究了井下震源发生器设计参数对冲锤输出性能的影响。研究结果表明,当钻井液密度为1100 kg/m^3,弹簧刚度为76.26 N/mm,冲锤质量为80 kg,节流面积为2875.19 mm^2时,井下震源发生器冲锤的输出性能最好。研究内容与结果可为井下震源发生器的现场应用提供指导。

井下震源发生器设计及动力性能仿真

针对随钻地震强度低、不利于井眼间防碰监测的问题,设计了一种井下震源发生器,主要由活塞、弹簧、固定套筒、冲击锤、止推套筒铁砧和延时装置等组成,正常作业时能利用钻井液对动力装置蓄能,且不产生误震,通过钻井液蓄能、卡点解除等简单操作便能得到高效冲击功的功能。基于流体连续性方程、伯努利方程、水垫阻力和水头损失等流体力学理论,以冲锤为研究对象,建立了井下震源发生器的动力学模型,通过Matlab Gui进行数值模拟程序编制,获得井下震源发生器输出性能变化规律,并研究了不同弹簧刚度对冲锤冲击功、冲击效率等输出性能的影响。结果表明,在钻井液密度较低时,弹簧刚度越大,冲锤最大输出性能越好,最大冲击功为264.14J,所对应的冲击效率为50.41%;最大冲击速度为2.97m/s,所对应的位移为64.5mm;产生的最大震击力为71.28kN,满足丛式井防碰监控的需求。

井下震源发生器优化设计

针对随钻地震强度低、不利于井眼间防碰监测的问题,设计了一种蓄能式井下震源发生器。该发生器主要由活塞、弹簧、冲锤、铁砧和延时装置等组成,通过钻井液蓄能获得高效冲击功。为使其获得最佳输出性能,以冲锤为研究对象,建立了井下震源发生器冲锤流道模型,基于CFD动网格技术,利用CFD软件分析了弹簧刚度、冲锤质量、节流面积、出口直径和数量等设计参数及钻井液密度对井下震源发生器输出性能参数的影响规律,分析得知:节流面积、出口数量、出口直径和钻井液密度与井下震源发生器输出性能参数呈正相关关系;弹簧刚度越大,冲锤最大冲击功对应的位移越小;冲锤的质量越大则速度越小。基于单因素分析结果,以冲锤冲击功为优化目标,利用正交试验优选了设计参数组合方案。研究结果表明:各设计参数对井下震源发生器输出性能的影响不尽相同;出口直径和弹簧刚度对井下震源发生器输出性能的影响极为显著,节流面积、冲锤质量和出口数量对井下震源发生器输出性能的影响显著,而钻井液密度的影响不显著。根据研究结果筛选出了各设计参数水平的最优组合,研究结果还可以为井下震源发生器的设计提供依据。

基于CFD的压裂泵泵阀阀隙流量系数分析

为研究压裂泵输送高压特殊介质时泵阀的运动规律、吸入过程的阻力损失及流量特性,对压裂泵泵阀的阀隙流量系数及其变化规律进行了研究。以SQP2800型压裂泵阀为仿真参照对象建立了30个试验模型,应用CFD (计算流体力学,Computational Fluid Dynamics)得到了活塞运动速度(冲次)、阀盘开度和阀盘锥角与阀隙流量系数的关系曲线。结果表明,活塞运动速度(冲次)对阀隙流量系数有微量影响;随着阀盘开度的增加,阀隙流量系数先快速增加,在阀完全打开后,阀隙流量系数的变化逐渐平稳并有减小的趋势;阀隙流量系数受阀盘锥角影响较大,随着阀盘锥角的增加,阀隙流量系数先增大后减小,且在锥角为60°时达到最大值。该结果为研究压裂泵泵阀运动、吸入液流特性和阀盘锥角的优选提供理论依据。

基于Bezier曲线的低比转速离心泵叶片包角优选

叶轮作为离心泵最关键的部件,其设计优劣直接影响离心泵的性能。为研究低比转速离心泵叶片包角的优选问题,在保证叶轮其他基本参数不变的前提下,建立10~170°共7个不同包角的叶片模型,采用五点四次Bezier样条曲线绘制叶片型线,通过CFD(计算流体动力学)仿真得到了7个模型的预测性能曲线。研究发现,随叶片包角增大,低比转速离心泵扬程下降,功率降低,效率先增加后降低,存在极值,在叶片包角为120°附近时性能最优;在叶片包角较小时,叶轮内流道产生涡旋,导致功率消耗增加,效率降低;叶片包角较大时,流道扩散低,但流道较长,导致水力损失增加,效率降低。