水下焊枪微型排水罩仿真计算与优化设计.pdf

2 0 1 3年 第 1期 第 4 2卷 第 2 8页 石 油矿 场机 械 OI L F I ELD EQUI P ME NT 2 0 1 3， 4 2 ( 1 ) ： 2 8 3 1 O o 文 章 编 号 ： 1 0 0 1 3 4 8 2 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 2 8 0 4 水下焊枪微型排水罩仿真计算与优化设计 周 凯 ， 李连波 ， 许 威 ， 彭 宇 ， 武 明 ， 陈金仪。 ( 1 海洋石油工程股份有 限公 司， 天津 3 0 0 4 5 1 ； 2 甘肃蓝科石化高新装 备股 份有 限公 司， 兰卅 I 7 3 0 0 7 0) 摘要 ： 论述 了水 下焊枪 微型 排 水罩 的优 化 设 计过 程 ， 建 立 了三 维立 体模 型 ， 利 用 F I UE NT 软 件 对 排 水罩 内的流 场进行模 拟 ， 主要 分 析 了排 水 罩 进 气 12位 置 、 数 量 和进 气 角度 3个 因素 对流 场 的 影 响。通 过 多种 结构 型式 的流 场模拟 ， 得 出水 下焊枪微 型排 水 罩 宜采 用双 向进 气 口、 进 气 口水平 向 下 倾 角在 3 0 。 5 0 。 之 间的优化 设计 方案 。 关键词 ： 水下焊枪 ； 微 型排 水罩 ； 结构设 计 ； 流场仿 真 ； 优 化设 计 中图分 类号 ： TE 9 7 3 3 文 献标识 码 ： A S i mu l a t i o n An a l y s i s a n d Opt i mi z e De s i g n o f M i c r o W a t e r Pr o o f S h r o u d f o r Un d e r wa t e r W e l d i ng t o r c h ZHOU Ka i ， L I Li a n _ I ) o 1 ， XU W e i ， PENG Yu ， W U Mi n g ， CHEN J i n y i ( 1 。 Of f s h o r e Oi l En g i n e e r i n g Co ， Lt d ， Ti a n j i n 3 0 0 4 5 1， C hi n a； 2 Lanpe c Te c h no l o gi e s Li mi t e d， Lan z hou 7 30 07 0， Chi na) Ab s t r a c t ： Thi s a r t i c l e pa r t i c ul a r l y d i s c us s e s t he o pt i m i z e de s i gn p r o c e s s o f mi c r o wa t e r pr 。 。 t s h r ou d o f und e r wa t e r we l di n g t o r c h， b ui l d s a 3 D mo de l f o r mi c r o wa t e r pr o of s h r ou d of und e r wa t e r we l di n g t o r c h， a 1 s o s i mul a t e t he f l ow f i e l d wi t h FI UENT s o f t wa r e， whi c h ma i n l y a na l y z e t he a f f e c t i o n o f s h r ou d i n l e t p os i t i on， s hr o ud i nl e t qu a nt i t y a nd s hr o u d ou t l e t l oc a t i o n t o t h e who l e s hr ou d f l o w f i e l d Af t e r t he s i mul a t i o n o f v a r i o us s t r u c t ur e o f f l o w f i e l d， t he r e s u l t s h o ws t h a t t h e be s t s mok e f l ow a pp e a r s whe n t h e s hr o ud us e s d ou bl e d i r e c t i o n i nl e t a n d t h e i n l e t ob l i qu i t y s hou l d be wi t h i n 3 O 5 0 d e g r e e o f t he ho r i z o nt a l a ng l e Ke v wo r ds ： un de r wa t e r we l di n g - t 。 r c h； mi c r o wa t e r p r o o f s hr ou d； s t r uc t u r e de s i g n； f l ow f i e l d s i mu一 1 a t i o n： o pt i mi z e d e s i g n 水 下 焊 接E 。 主要 用 于修 复水 下 结 构 物 、 管 道 等 。 目前 水下焊 接 可 分 为湿 法 焊 接 、 局 部干 法 焊 接 及 干法焊 接 。 由于 局 部 干法 焊 接 方 法高 效 、 设 备 及 操作简易， 是 目前水下焊接研究 的重点方 向之一 。 陆上用半 自动焊枪无法直接在水下使用 ， 需要对焊 枪进行改造 ， 方法是外部加微型排 水罩 。水下焊枪 的微 型排水 罩 主要作 用是 通过 向排水 罩 内输送 C ( ) 保 护气 ， 确保焊 件表 面形 成一定 的干燥 区域 ， 从 而保 证焊接在 C O 保护气形成 的干燥环境 中进行 。潜 水员可从排水罩顶部观察焊接过程 ， 进行操作。由 于焊材采用的是药芯焊丝 ， 会产生焊接烟尘 ， 如果排 水罩前端 的焊接烟尘 回流至排水罩腔内， 将会影响 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 7 2 O 基金项 目： 中国海洋石油总公司项 目“ 海洋 lT程水下焊接及检验关键技术研究” ( C K J F HG0 0 1 2 0 1 0 ) 作者简介 ： 周 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 四川荣县人 ， 1程师 ， 硕 士 ， 主要从事 海洋石油 工程工艺 设t 、 海洋 石油工程水 下工 艺设备 设计研究 ， E ma i l ： z h o u k a i ma i l c o o e c c o m C r l 。 2 O l 3 年 第 4 2卷 第 1 期第 3 1页 石油矿 0I L FI ELD 场 机械 EQUI PME NT 文 章 编 号 ： l O 0 1 3 4 8 2 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 3 卜0 7 高温高压深井完井T L 段套管断裂力学分析 仝少凯 ， 徐晓航 ， 冯 琦 ， 巨全利 ， 吕占国 ， 康 楠 ( 西安石油大学 a 机械工程学院 ； b 石油工程学院 ， 西安 7 1 0 0 6 5 ) 摘要： 高温高压深井射孔段套管在 完井投产作业过程 中的失稳破坏是 目前迫切 需要解决的难题 。 将射孔段套管看作带有“ 圆孔” 形贯穿裂纹( 射孔孔眼) 的无限大圆柱筒壳体 ， 根据断裂力学理论 ， 按 混 合 法将 圆柱 筒 壳体的 平衡 方程 、 几何 方程 和 物理 方程 加 以综合 ， 推 导 出 了射 孔 段 套 管在 内、 外 压 联合 作 用 下的基 本 方程 。 引入 复 变 函数 ， 借 助 贝塞 尔函数 乘积 形 式的 马丢 函数 ， 采 用数值 法直接 求 解射 孔段 套 管的 基本 微分 方程 ， 得 到 了带环 向 裂纹射 孔段 套 管射孔 孔眼 附近 的应 力场和 位移 场 ， 从 而 导 出 了射 孔段 套 管拉 伸 应 力场和 弯曲应 力场 的应 力 强度 因子 ， 据 此提 出 了射 孔 段 套 管安 全 评价 分析的断裂判据。为高温高压深井完井射孔段套管的损伤机理和疲劳寿命分析提供理论依据和技 术 支持 。 关键词 ： 高温高压 ； 完井； 射孔套管； 断裂力学 中图分 类 号 ： TE 9 3 1 2 文献 标识 码 ： A Fr a c t u r e M e c ha ni c a l Ana l y s i s o f Co m p l e t i o n Pe r f o r a t i n g Ca s i n g i n Hi g h Te mpe r a t u r e a n d Hi g h Pr e s s u r e De e p W e l l TONG S h a o k a i ， XU Xi a o h a n g ， FENG Qi ， J U Qu a n l i ， LV Z h a n g u o ， KANG Na n ( d Co l l e ge o y Me c h a n i c a l En gi n e e r i n g； 6 Co l l e g e o y Pe t r o l e u m En gi ne e r i ng， X i an Shi you Un i v e r s i t y， Xi a7 l 71 00 65。 Chi n a) Ab s t r a c t ： I n s t a b i l i t y a nd f a i l u r e of p e r f o r a t i n g c a s i ng a r e t he u r ge nt pr ob l e ms t o s o l v e d ur i n g t he pr oc e s s of c o m p l e t i o n i n hi g h t e mpe r a t u r e a n d hi gh pr e s s u r e ( HTH P)d e e p we l 1 Pe r f o r a t i n g c a s i n g wa s l o o ke d o n a s t he i nf i ni t e c y l i nd e r s he l l wi t h a“ ho l e ”c r a c k ( pe r f or a t i on ho l e )， a c c o r di ng t o t he t he or y o f f r a c t ur e m e c ha ni c s， t he b a s i c e q ua t i o n of p e r f or a t i o n c a s i n g i n t h e e f f e c t s o f i n t e r n a l a nd e xt e r n a l p r e s s ur e wa s d e r i v e d f r o m e qu i l i br i u m e qu a t i on， ge o m e t r i c e qu a t i o n a nd phy s i c a l e q ua t i on by m i x i ng m e t h od The b a s i c d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n o f p e r f or a t i ng c a s i n g wa s di r e c t l y s ol v e d 参考文献 ： 1 俞建 荣 ， 张奕 林 ， 蒋 力培 水 下焊 接技术 及其 发展 J 焊接技术 ， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 2 - 4 2 J y o t s a n Du t t a Ma j u md a r Un d e r wa t e r we l d i n g p r e s e n t s t a t u s a n d f u t u r e s e o p e J J o u r n a l Of N a v a l Ar c h i t e c t ur e And M a r i n e Eng i n e e r i n g， 2 00 6( 3)： 3 9 4 8 3 陈家 庆， 焦向东 ， 周 灿丰 等 水下破损管道维修 技术及 其相关 问题 j 1 石油矿场机械 2 0 0 4 ， 3 3 ( 1 ) ： 3 3 3 7 4 j ( 1i B 1 5 0 2 0 1 1 ， 钢制压力容器I s 5 HG T 2 O 5 8 3 2 0 1 1 ， 钢制化工容器结构设计规定 s 6 3 韩占忠 F I UE NT流体工程仿真汁算与应用 M 北 京 ： 北 京理_ 厂 大学出版社 ， 2 0 0 4 7 2 王瑞金 F I UE N T技术基础 与应 用实例 M 北京 ： 清 华大学出版社 ， 2 0 0 7 8 王福军 计算 流体 动力 学分 析 ： C F D软件 原理 与应 用 M 北京 ： 清华大学出版社 ， 2 0 0 4 9 胡志坚 ， 马青芳 ， 邵 强 连续循环 系统 压力腔 流场数 值模 拟分 析 J 石油矿场机械 ， 2 0 1 l ， 4 0 ( 9 ) ： 1 3 一 l 8 收稿 日期 ： 2 0 l 2 一 O 6( ) 7 作者简 介： 仝少凯 ( 1 9 8 7 一 ) 男 ， 陕西岐 山人 ， 硕士 ， 主费从事油 田钻采 没备及井 下工 具行为分析 与设 计、 石油管工程 力学研 究 ， E ma i l ： t o n g s h a o k a i l 9 8 7 1 6 3 c o m。