天然气水合物钻探取样保真器结构研究
发布时间：2020-12-13 05:35
为了实现海底水合物的原样取心,论文在调研了国内外不同取心保真器的基础上,结合课题组多年的研究经验,主要从取样长度,保温分析和保压研究方面入手,运用理论分析、实验和模拟研究的方法对海底天然气水合物保真器进行了结构研究。论文将取样管贯入海底进行取样的过程模拟为球形孔扩张过程,基于球形孔扩张理论,通过对“桩效应”影响下能够取得的海底天然气水合物样品长度进行理论的研究,得到了基于球形孔扩张理论的可取样品长度的数学表达式,提出改善“桩效应”的建议论文综合考虑各种传热方式对水合物取样过程进行了热量计算,结果表明所提出的高真空绝热结构能够满足海底取样需求,并进行了验证实验。在此基础上完成了对保真器的数值模拟,结果表明高真空杜瓦结构能够满足保温要求,但是保真器两端冷量流失比较严重,应该引起足够重视。论文以O型圈为研究对象,利用有限元模拟软件ANSYS对O型圈的材料特性以及预紧时的压缩率进行了模拟研究,得出了不同材质O型圈在不同压缩率下的最大初始接触压力和其分布规律。并且通过对数据的处理得到了一般情况下求解初始最大接触压力的数学表达式,完善了O型圈最大接触压力理论,为保真器橡胶O型密封圈选材和设计提供了...
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 天然气水合物简介
1.2.1 天然气水合物分布
1.2.2 天然气水合物成藏条件
1.2.3 天然气水合物分类
1.2.4 天然气水合物物理性质
1.3 天然气水合物取样保真设备简介
1.3.1 海底表层取样
1.3.2 钻探取心
1.4 课题研究内容
第2章 钻探取样保真器取样长度研究
2.1 "桩效应"机理
2.2 圆孔扩张理论
2.2.1 理论模型
2.2.2 基本假定
2.2.3 基本方程
2.2.4 圆孔扩张理论弹塑性解
2.3 取样长度公式推导
2.4 天然气水合物取样长度
2.5 减缓"桩效应"措施
2.6 小结
第3章 保真器保温结构研究
3.1 传热方式
3.1.1 热传导
3.1.2 热对流
3.1.3 热辐射
3.2 保真器绝热结构设计
3.2.1 保真器结构
3.2.2 被动保温类型
3.3 传热计算
3.3.1 固体导热率
3.3.2 稀薄气体导热
3.3.3 高真空绝热
3.3.4 保真筒热量计算
3.4 保真器传热实验研究
3.4.1 实验目的
3.4.2 实验装置
3.4.3 实验原理
3.4.4 实验内容
3.4.5 数据处理
3.4.6 实验结果分析
3.5 小结
第4章 保真器传热模拟研究
4.1 ANSYS10.0热分析流程
4.1.1 有限元模型的建立
4.1.2 温度载荷的确定
4.2 热分析结果
4.2.1 筒体温度分布云图
4.2.2 传热模拟结果分析
4.3 小结
第5章 保真器保压技术研究
5.1 保真器保压分析
5.2 O型橡胶密封圈
5.2.1 O型圈的密封原理
5.2.2 O型橡胶密封圈硬度
5.2.3 压缩量对密封效果的影响
5.3 橡胶材料在ANSYS程序中的参数设定
5.3.1 橡胶Mooney-Rivlin本构模型及材料系数定义
1和C2的关系"> 5.3.2 橡胶材料硬度与C1和C2的关系
1和C2的确定"> 5.3.3 不同硬度橡胶材料常数C1和C2的确定
5.4 保真器密封结构设计
5.4.1 设计形式的选定
5.4.2 活塞杆密封结构设计
5.5 O型圈密封机构的有限元分析
5.5.1 接触分类
5.5.2 ANSYS接触分析简介
5.5.3 计算中的几个假设
5.5.4 ANSYS接触分析步骤
5.6 结果分析
5.6.1 硬度对初始密封压力的影响
5.6.2 压缩率对初始密封压力的影响
5.6.3 O型圈内应力分布
5.6.4 各种工况下最大接触压力
5.6.5 橡胶O型圈计算选取
5.7 小结
第6章 保真器整体结构设计
6.1 保真器整体结构
6.2 保真器选材
结论与展望
1 结论
2 展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
本文编号：2914000
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 天然气水合物简介
1.2.1 天然气水合物分布
1.2.2 天然气水合物成藏条件
1.2.3 天然气水合物分类
1.2.4 天然气水合物物理性质
1.3 天然气水合物取样保真设备简介
1.3.1 海底表层取样
1.3.2 钻探取心
1.4 课题研究内容
第2章 钻探取样保真器取样长度研究
2.1 "桩效应"机理
2.2 圆孔扩张理论
2.2.1 理论模型
2.2.2 基本假定
2.2.3 基本方程
2.2.4 圆孔扩张理论弹塑性解
2.3 取样长度公式推导
2.4 天然气水合物取样长度
2.5 减缓"桩效应"措施
2.6 小结
第3章 保真器保温结构研究
3.1 传热方式
3.1.1 热传导
3.1.2 热对流
3.1.3 热辐射
3.2 保真器绝热结构设计
3.2.1 保真器结构
3.2.2 被动保温类型
3.3 传热计算
3.3.1 固体导热率
3.3.2 稀薄气体导热
3.3.3 高真空绝热
3.3.4 保真筒热量计算
3.4 保真器传热实验研究
3.4.1 实验目的
3.4.2 实验装置
3.4.3 实验原理
3.4.4 实验内容
3.4.5 数据处理
3.4.6 实验结果分析
3.5 小结
第4章 保真器传热模拟研究
4.1 ANSYS10.0热分析流程
4.1.1 有限元模型的建立
4.1.2 温度载荷的确定
4.2 热分析结果
4.2.1 筒体温度分布云图
4.2.2 传热模拟结果分析
4.3 小结
第5章 保真器保压技术研究
5.1 保真器保压分析
5.2 O型橡胶密封圈
5.2.1 O型圈的密封原理
5.2.2 O型橡胶密封圈硬度
5.2.3 压缩量对密封效果的影响
5.3 橡胶材料在ANSYS程序中的参数设定
5.3.1 橡胶Mooney-Rivlin本构模型及材料系数定义
1和C2的关系"> 5.3.2 橡胶材料硬度与C1和C2的关系
1和C2的确定"> 5.3.3 不同硬度橡胶材料常数C1和C2的确定
5.4 保真器密封结构设计
5.4.1 设计形式的选定
5.4.2 活塞杆密封结构设计
5.5 O型圈密封机构的有限元分析
5.5.1 接触分类
5.5.2 ANSYS接触分析简介
5.5.3 计算中的几个假设
5.5.4 ANSYS接触分析步骤
5.6 结果分析
5.6.1 硬度对初始密封压力的影响
5.6.2 压缩率对初始密封压力的影响
5.6.3 O型圈内应力分布
5.6.4 各种工况下最大接触压力
5.6.5 橡胶O型圈计算选取
5.7 小结
第6章 保真器整体结构设计
6.1 保真器整体结构
6.2 保真器选材
结论与展望
1 结论
2 展望
参考文献
附录
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
本文编号：2914000
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