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基于GA-BP的往复式压缩机状态监测与预测性维护

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石油机械 2024年第8期52卷 1-6页

作者：徐梦卓刘航铭易先中周元华万继方陈霖曹泽宇荆州职业技术学院智能制造学院湖北省地质局第七地质大队长江大学机械工程学院中能建数字科技集团有限公司中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司山东省微远科技有限公司

针对某增压站现有压缩机状态监控系统识别故障信号困难,故障发生前未能提前预警的问题,开发了面向预知维修的往复式压缩机状态监测与预测系统,建立一套完整的软件及硬件体系。气阀作为往复式压缩机的重要运动部件,其状态监测的测点位于... 详细信息

针对某增压站现有压缩机状态监控系统识别故障信号困难,故障发生前未能提前预警的问题,开发了面向预知维修的往复式压缩机状态监测与预测系统,建立一套完整的软件及硬件体系。气阀作为往复式压缩机的重要运动部件,其状态监测的测点位于阀盖外表面中心处,以气阀状态监测为例,建立了气阀盖振动力学模型。综合运用时域、频域和小波特征提取方法进行振动信号分析,得到正常状态和故障状态的信号特征,提取状态指标。运用遗传算法优化神经网络模型,建立基于GA-BP的往复式压缩机振动趋势预测模型,试验测得模型的预测误差小于0.04。现场应用结果表明,该系统可实现全天候实时在线监测与预测,实现预知维修,减少工作人员的维保压力,提高机组运行安全性和效率,节省运维成本。

关键词：往复式压缩机 GA-BP 状态监测故障预警预测性维护

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地面钻柱扭摆导向钻井的理论建模及应用研究

石油机械 2024年第10期52卷 37-46页

作者：丁恒易先中周元华马苏南陈志湘张玺亮王利军长江大学机械工程学院湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心扬州华元油气技术有限公司中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司

在滑动导向钻井中,钻柱的扭摆可以将钻井过程中井眼与钻柱的静摩擦改为滑动摩擦,可有效减少钻探摩阻,并缓解滑动钻井中普遍存在的“托压”情况。基于滑动钻井技术,分区域构建了钻柱扭摆运动控制方程,通过理论模型研究扭摆角度(100°~600... 详细信息

在滑动导向钻井中,钻柱的扭摆可以将钻井过程中井眼与钻柱的静摩擦改为滑动摩擦,可有效减少钻探摩阻,并缓解滑动钻井中普遍存在的“托压”情况。基于滑动钻井技术,分区域构建了钻柱扭摆运动控制方程,通过理论模型研究扭摆角度(100°~600°)和扭摆速度(20~80 r/min)对扭摆深度、钻压及工具面变化的影响,并利用钻柱扭摆试验装置进行了试验。研究结果表明:随着扭摆角度、扭摆速度的增加,扭摆深度不断增加,钻压趋于平稳,扭摆减阻效果更好;过度增加扭摆角度、扭摆速度会造成工具面波动,影响钻井效率。现场应用结果表明,工具面平稳度高符合率达到96%,防“托压”效果明显,能够满足现场作业要求。研究结果可为钻柱扭摆导向钻井技术提供技术参考。

关键词：地面钻柱扭摆导向钻井导向控制模型扭摆角度扭摆速度减阻

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油管尺寸与注气方式对间歇气举的影响分析

石油机械 2024年第10期52卷 91-97,137页

作者：易先中秦赛博丁恒乐容昌许志新长江大学机械工程学院湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心

间歇气举能够有效提高低渗透率、低压、低产量油井的开采效率。为增强间歇气举举升效果,以VOF模型为理论基础,利用Fluent软件开展数值模拟,在考虑重力条件下研究油管尺寸及间歇注气时的注气频率、注气振幅和注气方式对气举效果的影响规... 详细信息

间歇气举能够有效提高低渗透率、低压、低产量油井的开采效率。为增强间歇气举举升效果,以VOF模型为理论基础,利用Fluent软件开展数值模拟,在考虑重力条件下研究油管尺寸及间歇注气时的注气频率、注气振幅和注气方式对气举效果的影响规律。研究结果表明:随着油管尺寸的增大,油管出口处举升的液体质量增大,气举效果增强;间歇注气频率增大,油管出口处举升液体质量减小,气举效果减弱;间歇注气振幅增大,油管出口处举升液体质量增大,气举效果增强;减小间歇注气频率、增大注气振幅有利于提高气举效果;大振幅和高频率下的间歇注气方式更有利于增强气举举升效果。间歇气举的主要影响程度和因素可以表示为:间歇注气振幅>间歇注气方式>间歇注气频率。研究结果可为间歇气举方式的参数优化和油田的高效开发提供一定的指导。

关键词：间歇气举油管尺寸数值模拟气举效果注气振幅 VOF模型

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海底钻井用铁钻工机械臂的工作安全性分析

石油机械 2024年第10期52卷 74-82页

作者：秦赛博易先中张徐文蔡星星陈志湘王利军张玺亮长江大学机械工程学院湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心盐城市新永佳石油机械制造有限公司湖北江汉石油仪器仪表股份有限公司扬州华元油气技术有限公司中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司

随着石油勘探开采逐渐由陆地转向海洋,浅海转向深海、超深海,常规的陆地铁钻工已无法在深水海洋平台直接应用。针对该问题,提出一种新型海底钻井系统配套的铁钻工机械臂结构,运用数值仿真模拟的方法对铁钻工机械臂结构的强度、疲劳强度... 详细信息

随着石油勘探开采逐渐由陆地转向海洋,浅海转向深海、超深海,常规的陆地铁钻工已无法在深水海洋平台直接应用。针对该问题,提出一种新型海底钻井系统配套的铁钻工机械臂结构,运用数值仿真模拟的方法对铁钻工机械臂结构的强度、疲劳强度、刚度、稳定性、抗振性展开安全性分析。研究表明:海底钻井用铁钻工机械臂结构在危险姿态(伸出1.8 m)时的最大von Mises应力为195.45 MPa(小于许用应力[σ]=320 MPa),疲劳强度安全系数n=4.63(大于许用安全系数[n]=2.0);危险姿态下机械臂结构的总弯曲刚度,x、y和z轴方向上的弯曲刚度分别为1.11×10^(10)、1.62×10^(12)、2.43×10^(13)、7.34×10^(10)N·m^(2),符合机械臂结构的刚度要求;机械臂结构的屈曲临界载荷Pcr=915.80 kN,为实际受载的45.79倍,满足结构稳定性要求;随机振动激励作用下机械臂结构有68.23%的概率最大von Mises应力不超过179.77 MPa,满足材料强度安全要求。研究结果验证了新型海底钻井用铁钻工机械臂的结构设计安全可靠,可为海底钻井用铁钻工机械臂的结构设计提供一定参考。

关键词：海底钻井铁钻工机械臂危险姿态结构强度疲劳强度安全性

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机械式复合冲击器的工作特性分析

石油机械 2024年第6期52卷 29-37,108页

作者：孙养清易先中万继方易军吴霁薇刁斌斌陈志湘长江大学机械工程学院湖北省荆州市434023 湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心中能建数字科技集团有限公司中国石油大学(北京)石油工程学院扬州华元油气技术有限公司

常规冲击器采用的水力脉冲方法存在的冲蚀问题对冲击器的工作寿命影响较大。为此,提出一种机械举升及碟簧蓄能冲击方法并设计了一种机械式复合冲击器,通过实例模型验证了机构的可行性,在此基础上采用理论计算与数值分析相结合的方法对... 详细信息

常规冲击器采用的水力脉冲方法存在的冲蚀问题对冲击器的工作寿命影响较大。为此,提出一种机械举升及碟簧蓄能冲击方法并设计了一种机械式复合冲击器,通过实例模型验证了机构的可行性,在此基础上采用理论计算与数值分析相结合的方法对其压缩蓄能、扭冲、轴冲特性展开分析。研究结果表明:在10~100 MPa轴向压缩下,数量为11的碟簧组其总变形量增长率是数量为5的碟簧组变形量的约2.66倍,但其等效应力曲线特性相近;扭冲特性与径向冲击力成正比,下轴体端面总速度和总变形量与冲击力均呈线性相关,4对扭转冲击力作用的端面总速度约是2对的2.54倍;摆线轨迹线的举升座在30 r/min的运动状态下,12 mm冲程的最大冲击速度为0.2 m/s,最大冲击加速度为5.6 m/s^(2),为防止冲击过程接触应力过大需合理选择冲程大小,可通过增加扭冲对数、提高组合碟簧数量来增强冲击特性。研究结果可为复合冲击器的设计选型提供理论支撑。

关键词：复合冲击器机械式轴向冲击扭转冲击冲程

JGZ97型万米超深井钻机死绳固定器研制与安全性研究

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石油钻探技术 2024年第2期52卷 236-242页

作者：秦赛博易先中蔡星星张徐文王利军张玺亮长江大学机械工程学院湖北荆州434023 湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心湖北荆州434000 湖北江汉石油仪器仪表股份有限公司湖北武汉430205 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津300452

针对死绳固定器绳轮强度、安全裕度不足和结构失稳等安全问题,根据JZG97型万米超深井钻机死绳固定器绳轮受力及结构特点,提出采用增加腹板的方法来解决死绳固定器绳轮存在的问题。采用有限元法数值模拟,分析了不同腹板绳轮的结构力学性... 详细信息

针对死绳固定器绳轮强度、安全裕度不足和结构失稳等安全问题,根据JZG97型万米超深井钻机死绳固定器绳轮受力及结构特点,提出采用增加腹板的方法来解决死绳固定器绳轮存在的问题。采用有限元法数值模拟,分析了不同腹板绳轮的结构力学性能,三腹板绳轮的强度、安全裕度均满足钻井作业时的安全要求,确定采用三腹板绳轮。实物测试试验中,三腹板绳轮仿真结果与试验结果的最大相对误差为12.95%,综合分析仿真结果与实验结果基本吻合;线性屈曲分析表明,最大死绳拉力作用下的三腹板绳轮临界屈曲载荷为绳轮实际受载的48.8倍,满足结构稳定性要求。研究表明,三腹板绳轮可以解决死绳固定器绳轮存在的问题,可以为万米超深井钻机结构设计提供支持。

关键词：死绳固定器绳轮万米深井钻机腹板绳轮增强设计试验测试安全性线性屈曲稳定性

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浅层稠油开采用全液压斜直井修井机研制

石油矿场机械 2024年第2期53卷 63-69页

作者：张端光胜利油田胜机石油装备有限公司山东东营257000

目前国内用于油田浅层稠油开采中的斜直井修井机技术相对落后,还不能满足现场作业的要求。提出了全液压斜直井修井机的设计方案和技术参数;对该修井机的主要零部件和系统(如液压系统、游动吊卡、抓管机、可调底座、支架、接送管装置、... 详细信息

目前国内用于油田浅层稠油开采中的斜直井修井机技术相对落后,还不能满足现场作业的要求。提出了全液压斜直井修井机的设计方案和技术参数;对该修井机的主要零部件和系统(如液压系统、游动吊卡、抓管机、可调底座、支架、接送管装置、油管对中及上卸扣装置等)进行了详细设计。全液压斜直井修井机经过试制和一年多的现场应用,结果表明:其结构设计合理,使用安全可靠,减少了作业人员,大幅降低了作业人员劳动强度。

关键词：斜直井修井全液压修井机游动吊卡管柱上卸扣油管输送

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固井水泥环内部缺陷超声波检测仿真研究

石油机械 2024年第10期52卷 28-36页

作者：赵彦淇周元华万继方李景翠郭登明长江大学机械工程学院中能建数字科技集团有限公司

固井水泥环内部的各种缺陷会导致层间窜流、井口带压等事故。无损检测技术作为一种非破坏性的检测方法,可以对固井水泥环内部的缺陷进行检测。基于超声波在连续介质中的传播规律,采用COMSOL仿真软件模拟压电效应以及超声波在水泥环中的... 详细信息

固井水泥环内部的各种缺陷会导致层间窜流、井口带压等事故。无损检测技术作为一种非破坏性的检测方法,可以对固井水泥环内部的缺陷进行检测。基于超声波在连续介质中的传播规律,采用COMSOL仿真软件模拟压电效应以及超声波在水泥环中的传播状态和反射规律,研究水泥环缺陷反射信号的相关特性。研究结果表明:选择1.0 MHz 5周期Hanning窗调制的超声正弦波作为激励信号,超声探头可以在50μs内接收到水泥环缺陷的反射信号;不同类型的缺陷中,矩形缺陷的检测效果最佳;当缺陷主方向与超声波入射方向垂直时,检测效果最佳。研究结果验证了超声波无损检测技术可以快速准确地确定固井水泥环内部缺陷的类型和位置,同时调整超声波入射角度有助于提升检测效果,可为超声波在水泥环内部缺陷检测中的应用提供一定的指导意义。

关键词：固井水泥环缺陷无损检测超声波缺陷类型超声波入射方向

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机械振动对弃置井水泥塞性能影响的试验研究

石油机械 2022年第9期50卷 28-35页

作者：马西旗王超徐鸿飞高明星刘占鏖易先中刘航铭中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津市滨海新区300452 长江大学机械工程学院

弃置井筒的高质量封堵是油气井弃置技术体系中重要的技术环节。为此提出了一种主动机械激振提高井筒封堵质量的方法,搭建了一套室内试验测试平台,研究不同振动频率、振动时间及振动幅度等参数组合对井筒封堵水泥材料力学性能的影响。通... 详细信息

弃置井筒的高质量封堵是油气井弃置技术体系中重要的技术环节。为此提出了一种主动机械激振提高井筒封堵质量的方法,搭建了一套室内试验测试平台,研究不同振动频率、振动时间及振动幅度等参数组合对井筒封堵水泥材料力学性能的影响。通过设计正交试验,得到了最佳振动参数组合,并在此基础上进一步研究了单一因素对水泥石性能的影响规律。研究结果表明:当振动频率为15 Hz、振动时间为6 min及振动幅度为3 mm时,为最佳激振参数组合;相对于无振动工况,井筒封堵水泥塞的胶结强度最大提高51%、抗压强度提高38%、抗拉强度提高20%;水泥石胶结强度随参数变化影响最大,在达到最佳振动参数前,水泥石强度都随之提高,继续增大参数反而会有不利影响。分析了水泥石振动前、后的渗透率,发现振动后渗透率明显减小。通过扫描电镜观察水泥石微观结构,发现机械振动能有效消除水泥石内气孔,减少裂纹,使水泥石更加致密。所得结果可为水泥塞封堵作业提供基础数据,具有工程指导意义。

关键词：弃置井机械振动封堵封堵屏障振动时间水泥塞力学性能正交试验微观结构