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可伸缩式PDC-孕镶金刚石耦合仿生智能钻头的破岩仿真 被引量:7
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作者 吴泽兵 席凯凯 +3 位作者 王杰 李超 程欢 杨晨 《石油钻采工艺》 CAS 北大核心 2021年第4期474-482,共9页
针对钻井过程中岩性识别困难、PDC钻头磨损严重、孕镶金刚石钻头破岩效率低和钻头泥包等问题,采用BP神经网络学习算法建立了岩性识别模型,并设计了一种新型可伸缩式PDC-孕镶金刚石耦合仿生智能钻头,分别在软件Matlab和ABAQUS上进行了岩... 针对钻井过程中岩性识别困难、PDC钻头磨损严重、孕镶金刚石钻头破岩效率低和钻头泥包等问题,采用BP神经网络学习算法建立了岩性识别模型,并设计了一种新型可伸缩式PDC-孕镶金刚石耦合仿生智能钻头,分别在软件Matlab和ABAQUS上进行了岩性识别仿真和破岩仿真。仿真结果表明:BP神经网络模型对岩性的识别精度非常高,有利于合理选择钻头类型、及时调整钻井参数和提高钻井效率;仿生智能钻头作用于岩石表面的应力远大于常规钻头,使岩石更易达到破碎极限,从而提高钻头钻速。本设计集智能岩性识别、高破岩效率、自再生功能、防泥包功能于一体,为我国石油钻头的设计提供了一种新思路,具有重要意义。 展开更多
关键词 BP神经网络 岩性识别 PDC 孕镶金刚石 耦合仿生 智能钻头 钻头泥包 破岩效率
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带压电缆天滑轮密封圈挤出失效分析及结构优化
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作者 吴泽兵 蒋梦洁 +2 位作者 杨晨 胡诗尧 张文溪 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期143-153,共11页
针对带压电缆天滑轮在承受作业环境中的超高压时,密封圈被挤出失效而发生泄漏的问题,结合带压滑轮的密封结构、密封原理,通过建立密封结构的有限元分析模型,分析密封圈密封失效的原因,发现密封圈失效的主要原因为,带压滑轮的外壳与内壳... 针对带压电缆天滑轮在承受作业环境中的超高压时,密封圈被挤出失效而发生泄漏的问题,结合带压滑轮的密封结构、密封原理,通过建立密封结构的有限元分析模型,分析密封圈密封失效的原因,发现密封圈失效的主要原因为,带压滑轮的外壳与内壳体出于加工精度与加工成本的考虑,两者间为间隙配合,再加上在实际工况下因受到介质压力与电缆重力作用,造成内外壳体之间间隙过大,另外为便于装配,密封圈沟槽承压面设置的矩形挡圈与外壳体内壁也有一定间隙,因此造成间隙过大,O形圈无法补偿内外壳体之间产生的间隙,且会在介质压力作用下被挤进间隙中,并且会产生应力集中。针对失效根源提出将矩形挡圈替换为三角形挡圈的优化方案,通过有限元分析得出三角形挡圈能有效补偿内外壳体之间的间隙,防止密封圈发生被挤出损伤。 展开更多
关键词 带压电缆天滑轮 密封圈 挤出损伤 三角形挡圈 结构优化
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水平井仿生磨鞋钻磨复合桥塞的设计与仿真 被引量:4
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作者 吴泽兵 席凯凯 +2 位作者 王杰 郭禹伦 杨晨 《石油机械》 北大核心 2022年第2期8-14,共7页
针对水平井可钻式复合桥塞技术钻塞效率低及返屑困难等问题,以土壤动物蜣螂的胸节背板为仿生原型,设计出一种仿生孕镶金刚石取心磨鞋(以下称仿生磨鞋)。仿生磨鞋以"套铣"的方式钻磨多级复合桥塞,与传统磨鞋相比其钻塞速度更快... 针对水平井可钻式复合桥塞技术钻塞效率低及返屑困难等问题,以土壤动物蜣螂的胸节背板为仿生原型,设计出一种仿生孕镶金刚石取心磨鞋(以下称仿生磨鞋)。仿生磨鞋以"套铣"的方式钻磨多级复合桥塞,与传统磨鞋相比其钻塞速度更快,返屑成功率更高。为了验证仿生磨鞋的改善效果,在有限元分析软件ABAQUS中对常用的5翼PDC镶齿平底磨鞋与仿生磨鞋进行了钻除复合桥塞仿真对比试验。仿真结果表明:两种磨鞋在钻塞方式上存在较大的差异,仿生磨鞋的钻塞速度明显快于常规磨鞋;仿生磨鞋钻除下来的钻屑尺寸更小,返屑成功率更高,卡钻的可能性更低;增加钻压与转速对提升磨鞋的钻塞速度都具有促进作用,但增加钻压的增速效果更明显;磨鞋底面最外圈边缘的磨损量最大,在加工磨鞋时应该对其优化加强。研究成果可为国内可钻式复合桥塞工艺技术的进一步发展提供理论基础。 展开更多
关键词 水平井 仿生磨鞋 复合桥塞 ABAQUS 仿真试验
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基于DMP模型与Realizable k-ε湍流模型的煤炭地下气化高温产出气喷淋降温分析 被引量:1
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作者 赵桓祯 王建军 +3 位作者 周圣 张超 任相羿 杨晨 《机电工程技术》 2023年第1期98-101,共4页
为分析喷淋注水方式对煤炭地下气化生产井内产出气体降温效果,基于有限元方法采用DMP模型与Realizable k-ε湍流模型对不同质量流量、喷淋锥角、雾化粒子直径和喷淋周期下生产套管壁面温度与出口温度分布进行了研究。分析结果表明,增大... 为分析喷淋注水方式对煤炭地下气化生产井内产出气体降温效果,基于有限元方法采用DMP模型与Realizable k-ε湍流模型对不同质量流量、喷淋锥角、雾化粒子直径和喷淋周期下生产套管壁面温度与出口温度分布进行了研究。分析结果表明,增大质量流量可显著提高喷淋降温效果与高温气体降温速率;较小的喷淋锥角对降温效果的影响较小,当喷淋锥角增大至40°以上时,套管壁面温度将会随喷淋锥角的增大而有一定幅度的降低;较大的雾化粒子直径可以略微提高喷淋管壁处的降温效果,而较小的雾化粒子直径可显著提高流场整体降温效果;当喷淋总量一定时,采用周期性喷淋的方式可以显著提高降温效果,但当周期时间增大时,将会使壁面处温度有一定的升高;最后优化选取0.2 kg/s质量流量、45°以上喷淋锥角、1 mm左右雾化粒子半径、0.01 s周期性喷淋等参数对生产井筒进行降温。研究成果为煤炭地下气化喷淋参数的选取提供了技术依据。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 喷淋锥角 质量流量 有限元仿真 喷淋降温
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牙轮钻头单金属密封性能分析及结构创新
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作者 杨晨 杜倩 +1 位作者 李济彤 赵桓祯 《机电工程技术》 2023年第4期95-99,共5页
针对石油钻采过程中牙轮钻头密封易失效的问题,在ANSYS Workbench软件中建立单金属密封模型并进行有限元分析,研究其预装配以及环境压力2个载荷步下的整体密封状态。分析不同环境压力、装配位移、O形圈硬度、静环尺寸等重要参数对动密... 针对石油钻采过程中牙轮钻头密封易失效的问题,在ANSYS Workbench软件中建立单金属密封模型并进行有限元分析,研究其预装配以及环境压力2个载荷步下的整体密封状态。分析不同环境压力、装配位移、O形圈硬度、静环尺寸等重要参数对动密封面以及橡胶圈表面接触压力的影响。数值模拟结果表明:动密封面接触压力呈线性分布,保证了良好的内外压差;橡胶圈两侧接触压力为33 MPa,支撑环处接触压力达到37 MPa,满足密封要求。为改善静环外侧易磨损导致密封失效的问题,对静环和支撑环结构进行创新,增加O形圈与支撑环之间的接触面积。结果表明:新结构的动密封面接触压力呈矩形分布,在保证了密封效果的前提下解决了静环易变形磨损的问题;静环支撑环之间的接触压力由37 MPa提高至55 MPa,同时增加了静环底部接触面的接触压力,有效地提高了单金属的密封性能。 展开更多
关键词 ANSYS Workbench O形圈 单金属密封 接触压力 磨损 动密封面
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锯齿形PDC刀具的破岩特性及温度场
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作者 吴泽兵 袁若飞 +1 位作者 张文溪 杨晨 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第27期11615-11621,共7页
聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact, PDC)刀具的结构是影响钻头性能的重要因素,锯齿形PDC刀具性能较好但研究较少,缺乏相关理论支撑。因此,基于弹塑性力学及Drucker-Prager准则构建了刀具与岩石的有限元模型,对锯齿形PD... 聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact, PDC)刀具的结构是影响钻头性能的重要因素,锯齿形PDC刀具性能较好但研究较少,缺乏相关理论支撑。因此,基于弹塑性力学及Drucker-Prager准则构建了刀具与岩石的有限元模型,对锯齿形PDC及常规PDC刀具的破岩和温度场进行对比研究。结果表明,锯齿形PDC通过剪切和犁碎的方式破岩,有效且明显提升了破岩效率。锯齿形PDC较常规PDC切削力均值减小约20%,波动明显更小。后倾角变大,其切削力增加,破岩比能先增加减小又增加,存在最佳后倾角10°~15°;切削深度增大,切削力变大,破岩比能先减小后增加,存在临界切深1.5~2 mm;锯齿数增加,刀具的切削力与破岩比能先增加后减小,3个锯齿为最佳。温度场研究结果表明,锯齿形PDC比常规PDC刀具散热面积大,热稳定性更好,工作参数与温度变化之间存在规律。研究深度揭示了锯齿形PDC刀具的破岩特性以及温度场,对PDC刀具优化及高性能钻头布齿具有较为重要的指导意义。 展开更多
关键词 PDC刀具 锯齿形 有限元 温度场 破岩比能
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仿生PDC齿旋转破岩时的温度场和破岩特性模拟研究 被引量:3
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作者 吴泽兵 席凯凯 +3 位作者 赵海超 黄海 张文超 杨晨 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期71-77,共7页
针对常规PDC钻头破岩效率低、钻头泥包和使用寿命短等问题,以穿山甲鳞片、蝼蛄爪趾、鲨鱼牙齿和扇贝壳作为仿生原型,从多个维度进行结构仿生,设计了一种新型耦合仿生PDC齿。采用有限元法、弹塑性力学等方法,建立了仿生PDC齿的破岩仿真模... 针对常规PDC钻头破岩效率低、钻头泥包和使用寿命短等问题,以穿山甲鳞片、蝼蛄爪趾、鲨鱼牙齿和扇贝壳作为仿生原型,从多个维度进行结构仿生,设计了一种新型耦合仿生PDC齿。采用有限元法、弹塑性力学等方法,建立了仿生PDC齿的破岩仿真模型,利用有限元软件ABAQUS的温度-位移耦合显式侵彻接触算法和显式动力学模块,研究了仿生PDC齿破岩过程中温度场的变化规律和破岩方式,并与常规PDC齿进行了模拟对比。模拟结果发现:仿生PDC齿与常规PDC齿在破岩时的温度传递过程存在较大差异;仿生PDC齿能够防止钻头泥包的产生,且能够减少摩擦热的集聚,避免高温热失效,延长其使用寿命;仿生PDC齿破岩速度更快,对岩石的破碎更加彻底。研究表明,仿生PDC钻头的现场适用性较好,具有较好的现场推广应用价值。 展开更多
关键词 耦合仿生 PDC齿 破岩效率 钻头泥包 旋转状态 温度场 破岩特性
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指向式旋转导向偏置机构方向控制及动力学仿真 被引量:3
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作者 吴泽兵 蒋梦洁 +2 位作者 谷亚冰 杨晨 翟喜萍 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2021年第6期13-18,共6页
文章简要介绍了指向式旋转导向系统的结构及工作原理,推导了该模型的偏置机构的内外偏心环的偏移矢量的合矢量,得到了芯轴中心分量表达式,在不同条件下计算了理论偏移分量;利用CAD软件Creo建立了简化的指向式旋转导向系统的三维模型,基... 文章简要介绍了指向式旋转导向系统的结构及工作原理,推导了该模型的偏置机构的内外偏心环的偏移矢量的合矢量,得到了芯轴中心分量表达式,在不同条件下计算了理论偏移分量;利用CAD软件Creo建立了简化的指向式旋转导向系统的三维模型,基于该数字模型在ADAMS软件建立了有限元动态仿真模型,并仿真得到了内外偏心环的运动轨迹和芯轴中心分量之间存在三角函数的关系,验证了推导公式的正确性;比较了理论值和ADAMS软件仿真得到的数值解,两者80.56%数据的相对误差小于7%,验证了推导轨迹公式在工程应用上的可行性。由文章推导的芯轴轨迹方程可以得到任意时刻,即内外偏心环任意相对位置时芯轴的偏置方向,从而用来控制工具面的方位,并且可得到钻头偏转角度,为精确制导钻头沿预定的轨迹钻进提供了理论基础,具有重要的实际意义。 展开更多
关键词 指向式 旋转导向系统 偏心环 ADAMS软件 仿真 偏置方向
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