变压力工况下压裂泵的疲劳失效演化规律研究

页岩气大规模压裂作业中,压裂泵受周期性变化的复杂载荷作用,易发生疲劳失效;现场试验耗费人力物力,数值求解过程繁琐,且均存在一定难度。为此,利用ANSYS和FE-SAFE平台开展研究,以寻找变压力工况下压裂泵的疲劳失效演化规律。选取柱塞和泵头体等6个主要部件,通过建立三维模型、设定边界约束条件和施加工况载荷-压力,揭示不同压力工况下各部件应力、位移状态及疲劳脆弱点位置;求解各部件应力、位移及疲劳寿命随压力变化的规律;绘制变压力工况下各部件和压裂泵整体的疲劳失效演化图谱。研究结果表明:压裂泵主要部件的最大应力、最大位移随压力近似呈线性变化,并得到在最大许用应力范围内各部件满足工况要求,且变压力工况下压裂泵的疲劳脆弱点发生转移。研究结果可为现场压裂安全施工提供技术支撑。

变压力工况下井口装置的疲劳失效演化规律研究

在页岩气大规模压裂作业过程中,井口装置受到周期性变化的复杂载荷作用,易发生疲劳失效,其疲劳寿命亦成为关注焦点。由于压裂施工工况繁复,现场试验耗费人力物力、数值求解过程繁琐,且均存在一定的难度。为此,利用ANSYS有限元分析软件和FE-SAFE平台开展研究,以寻找变压力工况下压裂井口装置的疲劳失效规律。选取套管头、油管头2个主要部件,通过建立三维模型、设定边界条件、施加工况载荷-压力,揭示不同压力条件下各部件应力、应变状态及疲劳脆弱点位置;求解各部件应力应变及疲劳寿命随压力变化的关系;绘制各部件应力应变、疲劳寿命与压力的关系曲线,以及变压力工况下各部件、井口装置整体的疲劳失效演化图谱。结果表明,压裂井口装置主要部件的最大应力、最大应变随压力近似呈现线性变化趋势,各部件的强度和刚度满足工况要求。