压裂车振动及其影响研究

发布时间：2017-04-14 18:12

  本文关键词：压裂车振动及其影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着石油开采难度的不断增加,需要对地层进行大规模压裂,为了满足日益苛刻的钻采工况,压裂工艺要求井上压裂车组向着高压力、大排量、高功率和自动化的方向发展。 3000HP压裂车在性能方面较2500HP压裂车得到了很大提升。然而在压裂过程中,曾经发生连接弯头爆裂的事故,造成压裂过程的严重安全隐患。整车振动异常必然影响零部件的使用寿命和容易造成安全事故,这在压裂作业中是不被接受的,减小该压裂车的振动、延长高压弯接头的使用寿命势在必行。本论文围绕3000HP压裂车结构特点及工作条件等,在理论分析的过程中,主要采用有限元分析软件,研究压裂车整车简化模型在压裂泵固结和加弹簧等工况下的各阶振动频率。应用模态分析结果进行测试点布置,进行3000HP压裂车的振动测试。在分析弯头破裂的原因时,将压裂车振动测试的结果应用于有限元分析,对单、双高压弯接头的受力特性进行研究。计算结果表明：两弯头异面布置能有效地减小应力幅,应用论文的结论对高压管汇布置方案进行规范,可以延长弯头的寿命,因而具有工程应用价值。本文的具体工作如下：首先,总结压裂车的行业前景和国内外的研究现状,指出现有文献在压裂车振动分析过程中,主要以压裂车车架为研究对象,而忽略激振源的分析和高压管汇布置方案的不足。分析研究的实际经济价值和理论指导意义,接着介绍我国压裂车的趋势和汽车振动特性研究现状。从实际出发,确定研究的主要内容及相关思路。其次,由于压裂车的振动源是位于压裂车尾部的压裂泵,本文介绍三缸泵的结构及构造特点,描述吸液及排液的工作原理,并且给出柱塞的位移精确计算公式。而且,采用静力学方法对连杆、十字头等关键部位进行受力分析,给出了各零部件的受力计算公式[3]；再对曲柄连杆机构进行动力学分析,给出三缸柱塞泵系统的惯性力合力和合力矩。再次,通过简化压裂车结构,采用有限元分析,得到压裂车各阶模态的情况,在前几阶模态振幅较大的地方布置测点,为压裂车振动测试中测点的位置布置提供参考。采用硬件设备UT8908-FRS动态信号采集器、加速度传感器、数据线以及辅助设备,重点测试振动比较剧烈的4-6档的振动情况。最后,本文分析在压裂施工过程中,弯头会受到各种载荷的作用。指出连接压裂泵与管道的弯头除了要受到80MPa至90MPa的内压外,还不可避免地受到压裂泵振动的影响,用有限元软件分析压裂泵振动对管汇不同连接方式、固定方式、有内压、没有内压的弯头的应力分量。基于以上分析结果,对于压裂车在作业时的高压管汇布置提出几点建议。通过以上分析,可以得到以下成果或结论：(1)借鉴王卫超《三缸ICWP的动平衡分析及优化设计》,得到了三缸曲柄连杆机构的往复惯性力和旋转惯性力平衡,但是往复惯性力矩和旋转惯性力矩不平衡；(2)压裂泵固结时,三阶模态的频率为5.12737Hz,正好与压裂泵的四档,发动机转速1900转/分时频率时,三柱塞往复运动不平衡引起的振动频率5.1Hz接近,而且振动模态与压裂泵激发方向重合,容易引起较大共振现象。(3)在测试的过程中,得到了压裂泵的位移振幅在4档、5档、6档时分别为20.49mm、8.72mm、8.68mm。(4)连接压裂泵与高压管汇的弯头,采用两弯头异面的布置方式,能够有效地减小弯接头的Z向(环向)最大应力以及应力幅,这对于延长弯接头的疲劳寿命有非常重要的作用。但是在同一平面内布置的两弯头不仅没有起到减小应力幅的作用,反而比单弯头作业时的环向应力幅明显提高。应用论文的结论对高压管汇布置方案进行规范,可以延长弯头的寿命,因而具有工程应用价值。基于以上结论,对于压裂车在作业时的高压管汇布置提出以下几点建议：(1)采取适当措施减小压裂车在上下方向上的振动；(2)采用两弯头作业时,建议采取弯接头轴线垂直或者接近垂直的布置方式。
【关键词】：压裂车 振动 测试 有限元
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE934.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 选题背景及其意义11-12
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势12-16
• 1.3 汽车振动特性研究现状16-17
• 1.4 研究内容及途径17
• 1.5 本章小结17-19
• 第2章 压裂车传动副分析19-32
• 2.1 压裂车传动副运动规律分析21-23
• 2.2 十字头和连杆的受力分析23-27
• 2.3 三缸压裂泵惯性力分析27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 压裂车振动分析32-45
• 3.1 压裂车模型简化过程32-37
• 3.2 压裂泵与车架之间固结时的模态计算37-40
• 3.3 压裂泵与车架之间加弹簧时的模态计算40-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 实验分析45-58
• 4.1 测试设备及方案45-50
• 4.2 测试数据及分析50-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 弯头的疲劳开裂及其解决方案58-74
• 5.1 弯接头成型工艺59-60
• 5.2 高压弯接头位置分布60-62
• 5.3 单高压弯接头受力分析62-70
• 5.4 双高压弯接头受力分析70-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第6章 总结与展望74-77
• 6.1 研究总结74-75
• 6.2 研究展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 个人简介82-83

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本文编号：306552