时变啮合刚度与齿侧间隙是齿轮传动系统的主要内部激励源,决定了齿轮系统动力学的基本特点和性质。啮合刚度的时变性影响齿轮系统的稳定性、引起系统的参数共振,齿侧间隙则引起系统强烈的非线特性。考虑时变啮合刚度、齿侧间隙等激励源,建立了齿轮系统非线性动力学模型,从模型参数设置合理性的新角度阐述时变啮合刚度、齿侧间隙对系统动态特性的影响。结果表明在低速工运行况下,过度简化时变啮合刚度会扼杀由单双齿交替啮合而产生的振动冲击响应;此时齿轮处于单侧啮合状态,在建模时可以不考虑齿侧间隙的影响,以达到简化模型、提高求解效率的目的。而在较高速运行状态下,齿轮处于单边冲击或双边冲击状态,齿侧间隙引起系统强烈的非线性特性,建模时必须考虑齿侧间隙。

基于Ramey经典井筒温度计算模型,结合井筒与地层间的热量传递过程分别建立了开井与关井两种生产状态的瞬态井筒温度压力数学模型,分析了不同工况下的井筒传热过程。利用建立模型对现场实际井例进行计算并与商用软件模拟结果进行对比,分析了开井和关井时对应井筒温度压力的分布情况,同时验证了井筒温度与压力预测模型的准确性,为气井实际生产过程中温度压力的预测提供了理论依据。

针对传统经验公式估算连续油管疲劳寿命精度较低的问题,利用MATLAB建立了3层BP神经网络模型,基于该模型预测不同内压作用下连续油管疲劳寿命,分析连续油管疲劳寿命与壁厚的关系。对比预测结果与已有试验数据,结果表明不同内压作用下,连续油管疲劳寿命预测平均误差率为4.8%,最小相对误差率为0.3%,最大相对误差率为9.4%,随着内压增大连续油管疲劳寿命减少;改变连续油管壁厚,连续油管疲劳寿命预测平均误差率为1.4%,最小相对误差率为0.6%,最大相对误差率为2.8%,预测精度高于有限元预测结果,说明壁厚增加会延长连续油管疲劳寿命。基于BP神经网络模型预测连续油管疲劳寿命,降低了经验公式估算误差,提高了连续油管疲劳寿命预测精度。

特殊螺纹接头在井下服役时,因井口装置和井底封隔器的约束及井筒中流体变化的作用,当开关井、压裂液注入和产气时,接头处会发生轴向振动而影响接头密封性。为了从能量耗散角度研究轴向振动对特殊螺纹接头密封性的影响,推导了特殊螺纹密封面处一维连续体微滑理论模型,并通过有限元仿真对比验证该模型的合理性。通过仿真得出不同界面特性、不同压力、不同锥度、不同轴向循环载荷下密封面处能量耗散大小。研究结果表明:相同锥度下密封面处能量耗散大小随着摩擦因数的增加而增加,随法向压力的增加而增加,随轴向载荷的增加而增加;当密封面处锥度增大时,密封面处能量耗散值越大。应适当减小特殊螺纹密封面处锥度,提高特殊螺纹接头密封面处加工工艺,从而减小密封面处能量耗散,以提高接头密封性能。研究结果可为特殊螺纹的研究提供参...

为研究气密封检测对特殊螺纹油管接头密封性能的影响,通过有限元软件建立了球面-锥面和锥面-锥面两种特殊螺纹接头有限元模型,将接箍左端面固定,油管右端面施加恒定轴向拉力650 kN,内压载荷(55、80、100、110 MPa)施加在油管和接箍的内表面,设置油管与接箍的接触属性,分析了在恒定的轴向拉力和不同内压下,密封面接触压力和等效应力。结果表明:保持轴向拉力不变时,施加55、80、100和110 MPa四种内压载荷,其中内压载荷为110 MPa时,等效应力和接触压力为最大值,且内压大于100 MPa时,最大接触压力增幅减小,最大等效应力增幅增加;当内压由100 MPa增至110 MPa时,球面-锥面和锥面-锥面特殊螺纹接头最大等效应力增幅为1.81%和1.23%,气密封检测对锥面-锥面特殊螺纹接头密封性能影响较小。

为了研究流体流经弯管时管道力学性能的变化情况，以流固耦合振动理论为基础，建立输流弯管有限元模型，利用ANSYS Workbench得到流体作用下管道的应力和变形，并分析了不同流体脉动频率对管道振幅的影响。结果表明：当流体流经弯管时，最大等效应力出现在管道入口上端和出口左端，最大变形出现在管道弯曲段;考虑单向流固耦合作用时管道应力与形变分析结果小于考虑双向流固耦合作用时的分析结果;输流弯管的主要振动形式为横向振动;流速一定时，流体的脉动频率与弯管的固有频率越接近，弯管的振幅越大。

封隔器是最重要的石油工程井下工具之一,为了提高封隔器的性能,将压缩式胶筒与扩张式胶筒组合成组合式密封封隔器。为了了解组合式封隔器胶筒的密封性能,应用ABAQUS有限元软件对双扩张式组合密封封隔器、扩张-压缩式组合密封封隔器胶筒的应力及胶筒与套管之间的接触压力进行了对比分析。分析结果表明,无论是双扩张式组合密封还是扩张-压缩式组合密封,在15MPa的坐封压力下两个密封胶筒都能与套管有效接触,且组合密封胶筒与套管内壁之间的接触压力值比单个密封胶筒的大,因此组合密封封隔器确实可以提高封隔器的密封及封隔效果。其中扩张-压缩式组合密封的密封压差最高,比单一扩张式封隔器高出50%。应适当加强、加厚双扩张式组合封隔器的下胶筒和扩张-压缩式组合密封封隔器的扩张式胶筒,以提高组合密封封隔器胶筒的工作应力。

为了了解楔形封隔器卡瓦与套管相互作用的力学性能,为封隔器优化设计和坐封参数选择提供依据,通过分析坐封锥体和卡瓦的受力状态,得到了卡瓦与套管接触力计算公式,厘清了影响因素。应用ANSYS有限元分析软件建立了坐封锥体-卡瓦-套管有限元分析模型,分析了不同轴向坐封压力下卡瓦牙齿咬入套管的深度及卡瓦牙齿顶的应力。结果表明,越靠近楔形卡瓦尖端的卡瓦牙齿咬入套管的深度越深;随着轴向压力的增加,同一卡瓦牙齿咬入深度线性增加。一般来说,卡瓦牙咬入套管的深度不超过1mm。卡瓦接触套管后,在卡瓦牙齿尖处有较严重的应力集中现象。各个卡瓦牙的受力并不均匀,随着离坐封锥体距离的增加,各卡瓦牙齿的工作应力非线性递减。

为解决起钻和下钻过程中连续油管因承受多次弯曲载荷作用而影响其疲劳寿命的问题,将连续油管作为弯曲梁,应用梁弯曲变形理论,考虑连续油管的弹塑性变形,推导出滚筒处弯曲连续油管的弯矩和拉力计算公式,以及弹塑性极限弯矩和弹性极限弯曲半径。然后以CT系列连续油管为例进行了算例分析,分别考察不同松弛角度和钢级连续油管的弹塑性极限弯矩以及弹性极限弯曲半径等力学性能,结果表明当松弛角度在45°50°时,连续油管会获得较好的力学性能,钢级越大其力学性能越好。

为了弥补解析计算难以准确预测连续油管疲劳寿命的不足,用ANSYS Workbench有限元分析软件建立了滚筒处的连续油管三维有限元力学分析模型,分析了不同内压作用下连续油管的疲劳寿命,考察了壁厚对连续油管疲劳寿命的影响,并与之前文献通过实验方法得到的结果进行比较。结果表明,不同内压作用下,不同壁厚连续油管疲劳寿命有限元分析结果与实验结果趋势相同,最大误差小于8.46%,平均误差为5.84%-7.04%,满足石油工程10%的精度要求,因此可以使用有限元软件对不同规格、不同工况下的连续油管进行疲劳寿命分析。随着壁厚的增加,连续油管疲劳寿命呈非线性增加,因此增加壁厚是提高连续油管疲劳寿命的有效手段。