滑套式井下安全阀设计及动态特性分析

为防止井喷、保证油气井正常生产,设计了1种滑套式井下安全阀,对其结构、控制方式和工作原理进行了介绍;采用有限元的方法对井下安全阀由开启到关闭的动态过程进行模拟,在滑套阀不同倒角情况下,对滑套阀内部流场特性和所受压力的变化规律进行分析。分析结果表明,在滑套阀关闭过程中流体最大速度达到275 m/s,滑套阀所承受最大压力超过40 MPa;流体速度和滑套阀所受压力都随着滑套阀开度的减小而增大,随滑套阀倒角的增大而减小。此滑套式井下安全阀采用压力脉冲控制方式,液压管线只需要传递压力脉冲信号,杜绝了因管线泄漏而造成的井下安全阀失效。同时,驱动方式改为电机驱动,直接控制滑套式阀门的开合,反应迅速,提高了安全性和可靠性,具有较好的实用价值。

封隔压差与间隙对封隔器胶筒性能的影响

为探讨封隔压差和封隔间隙对封隔器胶筒封隔性能的影响,应用有限元分析软件,研究不同封隔压差和间隙下胶筒的Von Mises应力分布、胶筒与套管壁间接触应力的分布以及胶筒的变形情况。结果表明:随着封隔压差的增大,胶筒上端部的Von Mises应力值不断增大,胶筒失效的可能性增加,但胶筒与套管壁的接触应力值增大,胶筒的封隔能力增强;随着封隔间隙的增大,胶筒上端Von Mises应力值增大,胶筒剪切失效的可能性增加,且胶筒与套管壁的接触应力减小,胶筒的封隔能力下降。设计出一种蜗形状防突装置,分析其对胶筒封隔性能的影响。结果表明:蜗形保护环能有效地防止胶筒端部突出,且胶筒的应力分布更均匀,胶筒与套管壁间的接触应力值更大,提高了胶筒的封隔能力。

电机驱动式井下环空防喷器的研制及密封性能分析

针对钻井工艺的复杂性及井型、井段的适应性,研制了一种电机驱动式井下环空防喷器,对其结构、控制方式、工作原理进行了介绍;采用有限元的方法对胶筒座封过程中胶筒与套管不同间距的情况进行仿真分析,得到了胶筒的应力变化规律及"快速密封"的座封方式;利用防喷器实验台架模拟井下溢流的方法测得此防喷器的最大封隔压差以及密封过程中的形态变化,测得硬度为90的胶筒在最大压缩量的时候可以封隔25 MPa压差。此电机驱动式井下环空防喷器结构简单,动作迅速,无需频繁起出钻柱进行防喷器更换,能够重复使用,降低总成本,具有较强的实用性。

井下防喷器的设计及实验研究

为了提高钻井作业的安全性,保证井底发生溢流后能迅速可靠封隔环空、方便后续压井作业,设计了一种安装在近钻头端的井下防喷器,对其结构和工作原理进行了详细介绍.通过建立井下防喷器中推块机构的受力模型,分析了推块对管柱的反作用力与推块锥面角和碟簧变形量之间的关系.对花键进行了强度校核,使用有限元软件对不同厚度和硬度的胶筒的封隔能力进行了分析,同时进行了井下防喷器的室内实验.研究结果表明:当单个碟簧的变形量为0.2mm、推块的锥面角度为45°时,单个推块可对钻柱产生2.2kN的反作用力,设计值和实验数据接近;当钻柱扭矩达到45 000N·m,花键的挤压应力仍在许用应力范围内;在压缩量和封隔间隙相同的情况下,胶筒的宽度越宽、硬度越大,封隔能力越强,且胶筒硬度越大,需要的下压力也越大.研究结果对井下防喷器的设计具有一定指导作用.

新型封隔器胶筒防突装置的设计及分析

为了防止封隔器胶筒在大间隙和高压差工况下肩部突出,提高封隔器的封隔能力,针对传统防突装置的不足设计了一种伞式完全防突装置。首先,使用有限元软件对无防突装置、安装部分防突装置和使用完全防突装置的胶筒在封隔大间隙工况下的密封性能进行了对比分析,发现使用完全防突装置时胶筒的最大Von Mises应力最小、封隔能力最强。其次,介绍了伞式防突装置的结构和工作原理,对其机构进行了分析。同时设计了一款适用于Y111-150型封隔器胶筒的伞式防突装置,验证了机构不会发生自锁,各零部件之间也无干涉发生。当防突装置翼板展开防突时,连杆两端处的销钉受力最大,此处易发生失效;当防突装置用于大间隙、高压差封隔时可适当增加这2处销钉的直径和连杆的厚度。研究结果对封隔器防突装置的设计具有一定参考意义。

高压密封连接器的设计及研究

为了提高耐压腔室内引出导线在高压环境下密封的可靠性,保证井下工具内使用的电子设备能够在常压下工作,设计了一种注塑类高压密封连接器.使用有限元软件对内部填充材料为橡胶、环氧树脂时的连接器密封性能作了分析,并进行了实验验证.分析和实验结果显示:当填充材料为橡胶时,其密封性能较好,外壳体的半锥角取88°较为合适,但在高压作用下橡胶易被挤出;当填充材料为环氧树脂时,可避免材料挤出现象发生,但在一定密封压力范围内会出现液体泄漏;当2种材料组合使用时,随着环氧树脂比例的增加,填充材料的外凸距离减小,环氧树脂体积比为40%较为合理.高压密封连接器主要靠前5扣螺纹承载,最大应力出现在外壳体的第1扣螺纹与第2扣螺纹之间的小径处;插针的最大应力出现在橡胶与环氧树脂交界处偏上位置.研究成果对高压密封连接器的设计以及内部填充材料的选择具有一定的参考意义.

不同沉降方式下大型储罐的变形与应力分析

大型石油储罐是一种短柱圆形薄壁壳体结构,对地基沉降十分敏感,其中地基局部不均匀沉降和地基整体倾斜对罐体的影响最为关键.采用有限元方法,研究分析了在地基整体倾斜1.5°和地基局部不均匀沉降达到20mm的情况下,大型石油储罐的变形形态以及应力分布特征.结果表明,地基整体倾斜沉降最大变形发生在储罐中下部,最大Mises应力发生在罐壁下部;局部不均匀沉降最大变形发生在敞口顶部,变形形态表现为褶皱式扭曲凹凸,并且具有简谐波形的特性;罐壁内最大Mises应力位于局部沉降区域内的罐壁和底板焊接处.结果同时也表明,地基整体倾斜沉降和局部不均匀沉降都会造成储罐较大的径向变形而导致浮盘升降困难,减小储罐的容量;罐周局部不均匀沉降还会造成罐壁与底板的焊缝撕裂,导致储液泄漏.