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国家自然科学基金(51222406): 作品数：25 被引量：167H指数：5; 相关作者：祝效华张晓东石昌帅童华贾彦杰更多>>; 相关机构：西南石油大学中国石油中国石油天然气集团公司更多>>; 发文基金：国家自然科学基金教育部“新世纪优秀人才支持计划”四川省杰出青年学科带头人基金更多>>; 相关领域：石油与天然气工程机械工程理学金属学及工艺更多>>

定向穿越用超大规格螺杆钻具的研制与试验: 2017年; 在大口径管道施工中,采用常规定向穿越技术时钻杆承受扭矩大,导致钻杆扭断或寿命大幅缩短。为此,提出了大口径管道穿越动力前置工艺,设计研制了定向穿越用超大规格螺杆钻具。该螺杆钻具与现有施工工艺参数基本匹配,不需额外增加设备。为分析采用超大规格螺杆钻具作为孔底动力进行复合钻进时的效果,将其与常规定向穿越扩孔钻进进行对比。试验结果表明:使用螺杆钻具作为孔底动力,可弥补因长距离穿越造成的钻机扭矩衰减,同时能够提高机械钻速,减少钻杆应力循环次数,从而延长钻杆的使用寿命,降低作业事故发生率。该产品的研制成功提高了定向穿越技术现场应用的安全性。; 祝效华石昌帅李延民焦如意魏秦文; 关键词：大口径螺杆钻具

谐壁厚螺杆钻具橡胶衬套线型设计与仿真分析被引量：1: 2018年; 针对螺杆马达定子橡胶衬套易发生疲劳失效,导致马达工作效率降低,制约钻进速度的问题。建立马达定转子数值模型,分析橡胶衬套工作时的热力耦合问题,并计算橡胶衬套在不同工况及过盈量下的位移、温度及应力分布情况。基于橡胶衬套结构,提出一种新型谐壁厚橡胶衬套结构,并对其进行有限元模拟计算。结果表明,谐壁厚橡胶衬套不仅具有等壁厚橡胶衬套的优点,而且抗磨损寿命及疲劳强度均高于等壁厚,位移分布也较等壁厚均匀,可保证马达的工作稳定性和效率,提高钻进速度。; 童华陈国银祝效华; 关键词：橡胶衬套有限元模拟

定向穿越扩孔钻进软硬夹层钻头振动特性研究被引量：2: 2016年; 针对管道铺设定向穿越扩孔施工钻遇软硬夹层时扩孔钻头过量磨损、掉齿和掉牙轮乃至发生灾难性埋井事故等工程问题,通过有限元方法建立全尺寸扩孔器动态破岩的非线性动力学三维仿真模型,研究了扩孔器在软硬夹层钻进时的振动特性,给出了扶正器的结构参数、回拖力和转速组合的临界参数。结果表明,扩孔器在软硬夹层钻进时其横向振动加速度峰值、加速度有效值分别为纵向振动的5.3倍、5.2倍,说明扩孔器横向振动过于剧烈是导致其过早失效的根本原因;安装扶正器对扩孔器在软硬夹层钻进时有非常明显的减振效果,其横向振动强度比无扶正器时减小了77.6%,钻速提高了57.5%。; 祝效华刘云海刘婷; 关键词：扩孔器扶正器

高频扭转冲击钻进的减振与提速机理研究被引量：52: 2012年; 高频扭转冲击钻井是一种能大幅提高钻井效率的新兴钻井技术,但由于对其破岩机理认识不清,使得高频扭转冲击钻井技术未能在国内推广应用。基于弹塑性力学和岩石力学,采用Drucker-Prager准则作为岩石的本构关系,塑性应变作为岩石破碎的失效判据。通过有限元方法建立全尺寸PDC钻头动态破岩的非线性动力学三维仿真模型,分析了高频扭转冲击作用下硬地层中钻头的动态破岩过程。结果表明,高频扭转冲击钻进硬地层时拉应力与压应力区域交叉出现且以拉应力为主,较以压应力为主的常规钻进可大幅提高钻头的机械钻速;高频扭转冲击钻进有效地减弱了硬地层中钻头处的粘滑振动,大大地提高了钻头的破岩效率。研究成果有助于深化对高频扭转冲击破岩的认识,为高频扭转冲击钻井技术的应用提供理论依据。; 祝效华汤历平童华; 关键词：硬地层钻井技术岩石破碎机械钻速

钻具拆装架牙板作业损伤分析及参数设计被引量：5: 2016年; 针对拆装架牙板作业损伤对钻具断裂失效影响尚不明确的实际问题,基于断裂力学理论,推导出拆装架牙板作业损伤对钻具断裂失效的影响评价参数KI。以拆装架牙板夹持钻具受力分析及弹塑性力学理论为基础,建立拆装架牙板对钻具的力学模型,分析不同几何参数下拆装架牙板作业力学特性及对钻具表面的损伤情况。结果表明:钻具受夹持处应力分布和接触压力分布受牙型角影响较大,且牙齿高度与牙板接触压力及钻具受夹持处接触压力呈线性关系。该研究工作为钻具维修保养时选择合适牙板提供了科学依据,对油田安全操作具有重要的工程实际意义。; 石昌帅祝效华; 关键词：钻具参数设计

Kinematics and Mechanical Properties Analyses on Vibration Converter of Intelligent Damper forDrill Strings被引量：1: 2013年; Taking vibration converter of intelligent damper for drill strings as the study object,this paper analyzes the influential factors of motion state of the ball and conducts an explicit dynamics simulation by establishing a mechanics model of vibration converter.The study basis is Newton’s laws of motion,d’alembert’s principle and hertz contact theory.And we use world coordinate system,rotating coordinate system and Frenet coordinate system to deduce kinematics equations of vibration converter.The ultimate result demonstrates that the axial velocity and maximum contact stress change with the increment of ball diameter and helix angle.It also proves the validity of our derived kinematics and mechanical models and provides a good consultant value for the design and theoretical arithmetic of vibration converter for intelligent damper of drill strings.; Xiaohua ZhuChunlin Lai; 关键词：VIBRATION CONVERTER

等壁厚螺杆钻具橡胶衬套失效研究被引量：4: 2017年; 与常规壁厚螺杆钻具相比,等壁厚螺杆钻具以其输出功率大,输出扭矩稳定等优点获得业内认可。随着等壁厚螺杆钻具的逐步推广使用,等壁厚橡胶衬套失效问题也日益突出。橡胶衬套失效以后,螺杆钻具输出性能降低,使用寿命也减小,这对钻井速度和钻井效益都有较大影响。基于热力学原理、Principal strain疲劳算法,建立螺杆马达定转子数值模型,研究了井深、过盈量及粗糙度对橡胶衬套热力学行为的影响,并运用Fe-safe疲劳分析预测橡胶衬套寿命。研究结果表明,等壁厚橡胶衬套主要失效形式为疲劳失效;通过等壁厚与常规壁厚橡胶衬套对比分析可知,等壁厚橡胶衬套较常规壁厚橡胶衬套有更好的密封性能,且对静液柱压力敏感程度更低。对等壁厚橡胶衬套进行设计时,应重点考虑过盈量对橡胶衬套磨损的影响,以确保螺杆钻具安全高效工作。; 童华陈国银祝效华; 关键词：等壁厚磨损液柱压力

双头单螺杆泵定转子啮合转动仿真研究被引量：4: 2013年; 为了提高双头单螺杆泵的工作效率和使用寿命,研究了结构参数对其工作效率及使用寿命的影响。基于橡胶Mooney-Rivlin双参数模型理论,考虑橡胶衬套材料具有非线性变形特性、内压及转子惯性对橡胶衬套的作用,建立了双头单螺杆泵一个导程的定转子三维啮合模型,分析了过盈量、偏心距对螺杆泵定子衬套应力和摩擦阻力矩的影响。数值模拟结果显示,偏心距选择7.5mm时,过盈量由0.2mm增加到0.6mm,螺杆泵摩擦阻力矩从88.52N·m增大到466.51N·m,衬套应力峰值由1.4MPa增加到1.8MPa;而过盈量取0.4mm时,偏心距由7.3mm增大到7.5mm,摩擦阻力矩从240.00N·m仅增加到264.77N·m,衬套应力峰值由1.28MPa增加到1.62MPa。这表明,合理搭配过盈量和偏心距可以提高螺杆泵的工作效率和使用寿命,为螺杆泵设计及结构参数优化提供了理论依据。; 祝效华石昌帅张文华庞然; 关键词：螺杆泵定子衬套转子数学模型

定向穿越导向孔钻柱系统非线性屈曲仿真分析被引量：1: 2013年; 钻柱在导向孔内的非线性屈曲关系着定向穿越整个工程的成败。基于三维曲井钻柱非线性屈曲平衡方程,考虑孔壁径向约束与摩擦,建立了定向穿越钻柱-孔壁系统仿真分析模型。在将该模型的仿真结果与Tulsa大学相关实验结论进行对比验证的基础上,以渭河定向穿越工程导向孔钻进为例,对整个钻柱系统的非线性屈曲行为进行了仿真分析。结果表明,无论正弦屈曲或螺旋屈曲,扭矩负载对其影响很小;两者的产生过程差异较大,如当钻柱应力水平保持在疲劳强度以下时,则仅会出现正弦屈曲;相对于水平段和斜直段,弯曲段钻柱的非线性屈曲更严重。该结论为定向穿越导向孔钻进施工参数的优选提供指导。; 贾彦杰蒋平祝效华张羽丰; 关键词：屈曲钻柱

PDC切削齿破岩效率数值模拟研究被引量：46: 2015年; PDC钻头是油田钻井的主要破岩工具,合理布齿设计是提高其性能的主要手段.基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager准则作为岩石的本构关系,建立了PDC切削齿动态破岩的三维仿真模型,分析了后倾角、侧倾角、切削深度、围压等因素对破岩能效的影响.结果表明,随侧倾角增大,破碎比功逐渐增大,小于25°时,破碎比功增加量很小,大于25°时,破碎比功大幅增加;随后倾角增大,破岩比功增大,其变化率基本不受切削深度和围压的影响;切削深度过大或过小,破碎比功均较大,切深存在最优值;随围压的增大,破碎比功增大,在较低围压范围内,破碎比功增加量最为显著.研究结果有助于深化对PDC切削齿破岩的认识,为PDC钻头的设计和定制钻进措施提供重要参考.; 祝效华李海; 关键词：PDC切削齿破岩效率 DRUCKER-PRAGER准则

国家自然科学基金(51222406)

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