论文中文题名: | 基于复合结构的随行振动胶塞耐磨性研究 |
姓名: | |
学号: | 18205201052 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085201 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 机械工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2021 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 固井胶塞耐磨性研究 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2021-06-24 |
论文答辩日期: | 2021-06-02 |
论文外文题名: | Study On Wear Resistance Of Traveling Vibration Rubber Plug Based On Composite Structure |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Accompanying vibration cementing ; Cementing plug ; Friction and wear ; Composite fiber cloth ; Warp and weft density |
论文中文摘要: |
随行振动固井技术是指在常规固井作业中,胶塞在套管内一边下行一边振动以此提高固井质量。固井工程最主要的设备是固井胶塞,因胶塞在深井、超深井固井中磨损严重使其易发生脱落、失效等现象,导致不能很好地完成固井作业。本文针对随行振动固井胶塞工作时摩擦磨损严重的问题进行研究,通过对胶塞外形结构和本体材料进行优化改进后,提出在胶塞表面增加复合纤维布的技术方法来提高耐磨性。主要研究内容如下: 论文在分析影响固井质量和固井胶塞失效原因的基础上,对随行振动固井胶塞的结构和材料进行了优化改进。胶塞本体材料使用含碳纤维丁腈橡胶替换了常规的丁腈橡胶、增加了胶碗的数量、降低了胶碗的硬度、改变了各胶碗之间的距离,在两口井况相似的井中通过CBL曲线对比了胶塞结构和材料改进前后的固井质量。 为了提高随行振动固井胶塞在超深井中的耐磨性,提出了采用复合纤维布材料增加在固井胶塞表面增强耐磨性的方法。分析对比了芳纶、尼龙、腈纶和涤纶四种复合纤维材料物理性能,用Abaqus软件分别做四种复合纤维布与砂轮摩擦时的热-力耦合仿真实验,确定一种耐磨性好的复合纤维布。在织物组织结构是影响其耐磨性主要原因的基础上,对复合纤维布组织结构进行改变,设计出四种经纬密度不同的复合纤维布,在Abaqus软件中分别做四种组织结构不同的复合纤维布与砂轮摩擦时的热-力耦合仿真实验,确定一种组织结构耐磨性好的复合纤维布。 最后对四种不同结构复合纤维布进行织备,通过拉伸性能测试和摩擦磨损实验确定一种经纬密度耐磨性好的复合纤维布。根据实验和仿真的相互验证确定出一种经纬密度耐磨性最优的复合纤维布作为增强随行振动胶塞耐磨性的材料。 |
论文外文摘要: |
Accompanying vibration cementing technology means that in conventional cementing operations, the rubber plug vibrates while descending inside the casing to improve the cementing quality. The most important equipment for cementing projects is cementing rubber plugs. Because of the serious wear and tear of rubber plugs in deep and ultra-deep well cementing, they are prone to fall off and fail, which makes cementing operations impossible to complete. In this paper, the serious friction and wear problems of the rubber plugs in accompanying vibratory cementing work are studied. After optimizing and improving the shape and structure of the rubber plugs and the body materials, a technical method of adding composite materials on the surface of the rubber plugs is proposed to improve the wear resistance. The main research contents are as follows: Based on the analysis of the factors affecting the cementing quality and the failure of cementing rubber plugs, the structure and materials of the traveling vibration cementing rubber plugs are optimized and improved. The rubber plug body material uses carbon fiber-containing nitrile rubber to replace the conventional nitrile rubber, increases the number of rubber bowls, reduces the hardness of the rubber bowls, and changes the distance between the rubber bowls. It passes through two wells with similar well conditions. The CBL curve compares the cementing quality before and after the improvement of rubber plug structure and material. In order to improve the wear resistance of the traveling vibration cementing rubber plug in ultra-deep wells, a method of using composite fiber cloth material to increase the wear resistance of the cementing rubber plug surface is proposed. The physical properties of aramid, nylon, acrylic and polyester four composite fiber materials were analyzed and compared. Abaqus software was used to conduct thermal-mechanical coupling simulation experiments when the four composite fiber cloths rubbed against the grinding wheel to determine a good wear resistance. Composite fiber cloth. On the basis that the fabric structure is the main factor affecting its abrasion resistance, the structure of the composite fiber cloth was changed, and four composite fiber cloths with different warp and weft densities were designed, and four composite fiber cloths with different structures were made in the Abaqus software. The thermal-mechanical coupling simulation experiment of the friction between the fiber cloth and the grinding wheel determines a composite fiber cloth with good structure and wear resistance. Finally, four kinds of composite fiber cloths with different structures are woven, and a composite fiber cloth with good warp and weft density and abrasion resistance is determined through tensile performance test and friction and wear experiment. According to the mutual verification of experiment and simulation, a composite fiber cloth with the best warp and weft density and wear resistance was determined as a composite material to enhance the wear resistance of the traveling vibration rubber plug. |
参考文献: |
[1]《钻井测试手册》编写组. 钻井测试手册[M]. 北京: 石油化学工业出版社, 1978. [2]陶冠合, 郑永生, 孙栓科, 等. 随行振动固井技术应用的试验效果分析[J]. 新疆石油科技, 2018,28(04):19-24. [3]王恩合, 王学成, 魏拓, 等. 智能振动胶塞在雁673井的应用[J]. 新疆石油天然气, 2016,12(04):87-92+97. [4]段冀川. 影响固井质量的因素及改善措施[J].石化技术, 2018,25(11):241-242. [6]吕聪. 提高油田固井质量的施工措施探析[J].中国石油和化工标准与质量, 2020,40(14):37-38. [7]孙武. 石油固井中影响质量的主要因素及改进措施[J]. 石化技术, 2020,27(08):193+207. [8]陆遥, 王庆, 贾彪, 等. 尾管固井中胶塞失效问题的相关研究[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2017,37(04):71-72. [9]邹传元, 秦德威, 李鹏飞, 等. 整体硫化式钻杆胶塞的研制与应用[J]. 钻采工艺, 2015,38(05):66-69+10. [10]王骁男, 张栋俊, 吕忠楷, 等. 智能凝胶塞在晋中3井的应用[J]. 钻采工艺, 2018,41(05):110-112. [11]曲刚, 李亚伟, 尹文波, 等. 移动式振动固井装置的研制与现场试验[J]. 石油钻探技术, 2017,45(05):43-47. [16]Gaspard G G, Farley D B. Tieback cementing plug system[P]. U.S.Patent: US2018187511, 2018-07-05. [18]马超. 简析尾管固井施工中胶塞失效[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2017,34(10):227. [19]张明昌, 方春飞, 张新亮, 等. 大斜度井、水平井固井防磨胶塞[P]. 中国专利: CN106555567A, 2017-04-05. [20]马雨. 新型固井胶塞的研制[J]. 世界橡胶工业, 2015,39(09):17-20. [21]黄占盈, 周文军, 陈存慧, 等. 水平井有限级次套管滑套固井工具研制与应用[J]. 石油矿场机械, 2014,43(07):55-58. [27]潘广镇, 齐乐华, 付业伟, 等. 碳纤维布复合材料摩擦性能研究进展[J]. 中国材料进展, 2015,34(06):453-461. [28]马芹. 玻璃纤维纱耐磨性能研究[J]. 河南工程学院学报, 2016,28(02):6-8. [29]张超, 吴娟, 赵亮吉, 等. 混杂纤维增强摩擦材料在水润滑条件下的摩擦学性能[J]. 润滑与密封, 2016,41(10):47-50. [30]龙祥, 卢雪峰, 周红涛, 等. 纬密变化对碳纤维/芳纶混编增强酚醛树脂材料弯曲性能的影响[J]. 化工新型材料, 2016,44(11):37-40. [31]杜嘉俊, 朱永梅, 谭雪龙, 等. 树脂基复合材料摩擦片摩擦学性能研究[J]. 摩擦学学报, 2017,37(05):574-580. [32]朱文, 齐乐华, 潘广镇, 等. 煤矿钻杆用玻纤布复合材料摩擦磨损性能研究[J]. 摩擦学学报, 2018,38(02):229-237. [33]杜建华, 李辉, 宁克焱, 等. 碳纤维/碳基摩擦材料的摩擦学性能研究[J]. 材料导报, 2018,32(S1):381-384+414. [34]苏萌, 任放, 俞鸣明, 等. 温度和纱线捻向对自润滑织物复合材料摩擦磨损性能的影响[J]. 高分子材料科学与工程, 2019,35(09):82-88+94. [35]郭晨, 孙润军, 张一心. 纤维编织结构对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响[J]. 炭素技术, 2018,37(04):21-25. [36]楚拯中. 盘式制动器热力耦合分析及热疲劳寿命预测[D]. 武汉:武汉理工大学, 2015. [37]陶冠合, 郑永生, 孙栓科, 等. 随行振动固井技术应用的试验效果分析[J]. 新疆石油科技, 2018,28(04):19-24. [39]秦振国. 水泥浆浆体顶替技术[J]. 西部探矿工程, 2017,29(12):27-30. [41]李海龙. 影响固井质量的工艺因素与技术对策研究[J].石化技术, 2019,26(10):231-233. [42]于海峰. 影响固井质量的主要因素及改进措施[J]. 化工设计通讯, 2019,45(06):257+263. [43]吴昭. 尾管固井中胶塞失效问题的相关研究[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2020,40(09):21-22. [44]姚辉前, 郭朝辉, 马兰荣, 等. 尾管固井技术中胶塞失效分析[J]. 石油机械, 2013,41(01):31-35. [45]穆学杰, 张义贵, 马雨, 等. 一种高耐磨固井用胶塞[P]. 中国专利: CN210918976U, 2020-07-03. [46]郑琦铭. 深井固井胶塞改进及应用[J]. 化学工程与装备, 2016(10):89-91. [47]刘行臣, 王腾飞, 张力文. 一种固井用胶塞[P]. 中国专利: CN210152607U, 2020-03-17. [48]曾黎明. 功能复合材料及其应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007. [49]鲁博, 张林文, 曾竟成. 天然纤维复合材料[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005.8 [50]蔡喜光. 纤维增强盘式汽车制动器衬片摩擦磨损特性研究[D]. 济南: 济南大学, 2015. [52]陈友飞. 盘式制动器热与热力耦合分析模型建立与仿真计算研究[D]. 北京: 清华大学, 2011. [53]徐文昉. 纱线性能对织物耐磨性和起毛起球性的影响及其预测研究[D]. 武汉: 武汉纺织大学, 2018. [54]周方利, 孙润军. 织物组织结构及上机纬密对其耐磨性的影响分析[J]. 轻纺工业与技术, 2011,40(01):21-22+20. [56]马福民, 佘家全, 梁劲松, 等. 国内外对位芳纶产品结构及性能对比分析研究[J]. 塑料工业, 2020,48(11):94-99. [57]何泽侃. 芳纶纤维布缠绕增强软壁机匣包容性研究[D]. 浙江: 浙江大学, 2018. [58]李鑫陵, 黄齐, 郑智毓, 等. 等经纬密芳纶1313机织物撕破强力的实验研究[J]. 现代纺织技术, 2010,18(06):5-7. [59]丁许. 二维编织绳拉伸性能实验研究[D]. 天津: 天津工业大学, 2019. [61]刘莹. CF增强PTFE/PEEK编织复合材料的制备及自润滑性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2020. [62]冯爱芬, 张永久. 影响竹纤维针织物耐磨性的因素分析[J]. 河北工业科技, 2012,29(01):27-29+34. |
中图分类号: | TH117 |
开放日期: | 2021-06-24 |