基于Ansys的压裂泵液缸自增强技术研究

论文摘要

随着油气资源的日渐减少,油气勘探开发难度越来越大,低渗透油气藏的日愈增多,深井、超深井的不断出现,使得压裂酸化工艺在油气开发中越来越重要。压裂泵是压裂酸化设备中的核心部件,随着压裂工艺的广泛运用和发展,现场上要求压裂泵承受更高的压力,更大的冲击载荷,具有更好的综合性能,以保证在更加恶劣的工况下有较高的使用寿命。高压、大排量、高浓度酸化介质和支撑剂的工艺需求,增加了压裂泵液缸的损坏速度,而液缸是压裂泵上最重要、最昂贵的零件,因此,有必要对液缸进行强度及疲劳寿命分析,并采用合理的处理方法,对液缸进行增强处理,以延长液缸的使用寿命。本文采用有限元计算软件首先分析了140MPa压裂泵液缸的强度和疲劳寿命,找出了液缸寿命的最薄弱部位,结果表明,液缸的强度满足要求,但是疲劳寿命不足,需要进行增强处理。通过对自增强理论的分析和应用的调查,对液缸进行自增强处理是有效可行而又经济的增强处理方法。在此基础上,借助软件,对液缸的自增强处理进行了理论计算并简要介绍了自增强加压装置,计算结果显示,液缸的最佳自增强压力为450MPa。针对自增强后的液缸,进行了强度分析和疲劳寿命分析,并将其计算结果与未自增强处理液缸的强度寿命作了对比分析。结果表明,自增强后的液缸疲劳寿命相对于未自增强液缸的疲劳寿命,提高了至少7倍,强度提高了40%。由有限元计算结果分析可见,对液缸进行自增强处理,是提高液缸强度和疲劳寿命的有效途径,对液缸的生产制造和工艺处理工作具有指导性作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 压裂泵失效分析
• 1.1.1 密封失效
• 1.1.2 泵阀失效
• 1.1.3 液缸失效
• 1.1.4 破坏形式
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 自增强技术原理
• 2.1 自增强技术发展概述
• 2.1.1 自增强技术原理
• 2.1.2 自增强弹塑性分析的理论模型
• 2.1.3 自增强技术发展
• 2.1.4 自增强技术的应用
• 2.2 自增强处理方法
• 2.2.1 机械式挤压法
• 2.2.2 直接静液压法
• 2.2.3 爆炸胀压法
• 2.2.4 固体自增强法
• 2.3 本章小结
• 第3章 压裂泵液缸静强度及疲劳分析
• 3.1 分析思路及方法
• 3.1.1 Ansys计算软件简介
• 3.1.2 模型建立及假设
• 3.2 压裂泵液缸静强度分析
• 3.3 疲劳分析
• 3.3.1 疲劳问题发展概述
• 3.3.2 液缸疲劳分析的必要性
• 3.3.3 液缸材料特性
• 3.4 液缸疲劳分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 压裂泵液缸自增强分析
• 4.1 自增强压力确定
• 4.1.1 加载方式的确定
• 4.1.2 压力大小的确定
• 4.2 液缸自增强装置简述
• 4.2.1 自增强装置机械结构
• 4.2.2 残余应力的检测
• 4.3 本章小结
• 第5章 自增强液缸与非自增强液缸对比分析
• 5.1 强度对比分析
• 5.2 疲劳寿命对比分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文以及参与科研项目