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题名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
杨晨娟
胡诗尧
张文溪
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机构
西安石油大学机械工程学院
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出处
《润滑与密封》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期143-153,共11页
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基金
陕西省重点研发计划项目(2022KW-10)
宝鸡赛孚石油机械有限公司项目(290022130)。
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文摘
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。
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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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Keywords
pulley under pressure
sealing ring
extrusion damage
triangle retaining ring
structural optimization
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分类号
TB42
[一般工业技术]
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题名仿生PDC齿旋转破岩时的温度场和破岩特性模拟研究
被引量：5
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作者
吴泽兵
席凯凯
赵海超
黄海
张文超
杨晨娟
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机构
西安石油大学机械工程学院
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出处
《石油钻探技术》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第2期71-77,共7页
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基金
陕西省重点研发计划项目“针对陕西页岩气地层的混合钻头破岩机理研究及性能评估方法”(2018KW-12)资助。
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文摘
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。
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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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Keywords
coupling bionics
PDC cutter
rock breaking efficiency
bit balling
rotating state
temperature field
rock breaking characteristics
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分类号
TE243.1
[石油与天然气工程—油气井工程]
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题名水平井仿生磨鞋钻磨复合桥塞的设计与仿真
被引量：7
- 3
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作者
吴泽兵
席凯凯
王杰
郭禹伦
杨晨娟
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机构
西安石油大学机械工程学院
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出处
《石油机械》
北大核心
2022年第2期8-14,共7页
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基金
国家油气钻井装备工程技术研究中心基金项目“智能自动送钻系统研究与应用”(Z20257)。
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文摘
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。
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关键词
水平井
仿生磨鞋
复合桥塞
ABAQUS
仿真试验
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Keywords
horizontal well
bionic mill shoe
composite bridge plug
ABAQUS
simulation test
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分类号
TE921
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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题名指向式旋转导向偏置机构方向控制及动力学仿真
被引量：5
- 4
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作者
吴泽兵
蒋梦洁
谷亚冰
杨晨娟
翟喜萍
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机构
西安石油大学机械工程学院
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出处
《钻采工艺》
CAS
北大核心
2021年第6期13-18,共6页
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基金
国家油气钻井装备工程技术研究中心基金项目“智能自动送钻系统研究与应用”(编号:Z20257)资助。
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文摘
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。
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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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Keywords
point-the-bit
rotary steering system
eccentric ring
ADAMS software
simulation model
bias direction
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分类号
TE92
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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题名锯齿形PDC刀具的破岩特性及温度场
被引量：3
- 5
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作者
吴泽兵
袁若飞
张文溪
杨晨娟
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机构
西安石油大学机械工程学院
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出处
《科学技术与工程》
北大核心
2023年第27期11615-11621,共7页
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基金
陕西省重点研发计划(2022KW-10)。
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文摘
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。
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关键词
PDC刀具
锯齿形
有限元
温度场
破岩比能
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Keywords
PDC cutter
serrated
finite element
temperature field
rock breaking ratio
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分类号
TE921
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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