本文關(guān)鍵詞：壓裂車振動(dòng)及其影響研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著石油開采難度的不斷增加,需要對(duì)地層進(jìn)行大規(guī)模壓裂,為了滿足日益苛刻的鉆采工況,壓裂工藝要求井上壓裂車組向著高壓力、大排量、高功率和自動(dòng)化的方向發(fā)展。 3000HP壓裂車在性能方面較2500HP壓裂車得到了很大提升。然而在壓裂過程中,曾經(jīng)發(fā)生連接彎頭爆裂的事故,造成壓裂過程的嚴(yán)重安全隱患。整車振動(dòng)異常必然影響零部件的使用壽命和容易造成安全事故,這在壓裂作業(yè)中是不被接受的,減小該壓裂車的振動(dòng)、延長高壓彎接頭的使用壽命勢在必行。本論文圍繞3000HP壓裂車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作條件等,在理論分析的過程中,主要采用有限元分析軟件,研究壓裂車整車簡化模型在壓裂泵固結(jié)和加彈簧等工況下的各階振動(dòng)頻率。應(yīng)用模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行測試點(diǎn)布置,進(jìn)行3000HP壓裂車的振動(dòng)測試。在分析彎頭破裂的原因時(shí),將壓裂車振動(dòng)測試的結(jié)果應(yīng)用于有限元分析,對(duì)單、雙高壓彎接頭的受力特性進(jìn)行研究。計(jì)算結(jié)果表明：兩彎頭異面布置能有效地減小應(yīng)力幅,應(yīng)用論文的結(jié)論對(duì)高壓管匯布置方案進(jìn)行規(guī)范,可以延長彎頭的壽命,因而具有工程應(yīng)用價(jià)值。本文的具體工作如下：首先,總結(jié)壓裂車的行業(yè)前景和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,指出現(xiàn)有文獻(xiàn)在壓裂車振動(dòng)分析過程中,主要以壓裂車車架為研究對(duì)象,而忽略激振源的分析和高壓管匯布置方案的不足。分析研究的實(shí)際經(jīng)濟(jì)價(jià)值和理論指導(dǎo)意義,接著介紹我國壓裂車的趨勢和汽車振動(dòng)特性研究現(xiàn)狀。從實(shí)際出發(fā),確定研究的主要內(nèi)容及相關(guān)思路。其次,由于壓裂車的振動(dòng)源是位于壓裂車尾部的壓裂泵,本文介紹三缸泵的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特點(diǎn),描述吸液及排液的工作原理,并且給出柱塞的位移精確計(jì)算公式。而且,采用靜力學(xué)方法對(duì)連桿、十字頭等關(guān)鍵部位進(jìn)行受力分析,給出了各零部件的受力計(jì)算公式[3]；再對(duì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,給出三缸柱塞泵系統(tǒng)的慣性力合力和合力矩。再次,通過簡化壓裂車結(jié)構(gòu),采用有限元分析,得到壓裂車各階模態(tài)的情況,在前幾階模態(tài)振幅較大的地方布置測點(diǎn),為壓裂車振動(dòng)測試中測點(diǎn)的位置布置提供參考。采用硬件設(shè)備UT8908-FRS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)線以及輔助設(shè)備,重點(diǎn)測試振動(dòng)比較劇烈的4-6檔的振動(dòng)情況。最后,本文分析在壓裂施工過程中,彎頭會(huì)受到各種載荷的作用。指出連接壓裂泵與管道的彎頭除了要受到80MPa至90MPa的內(nèi)壓外,還不可避免地受到壓裂泵振動(dòng)的影響,用有限元軟件分析壓裂泵振動(dòng)對(duì)管匯不同連接方式、固定方式、有內(nèi)壓、沒有內(nèi)壓的彎頭的應(yīng)力分量。基于以上分析結(jié)果,對(duì)于壓裂車在作業(yè)時(shí)的高壓管匯布置提出幾點(diǎn)建議。通過以上分析,可以得到以下成果或結(jié)論：(1)借鑒王衛(wèi)超《三缸ICWP的動(dòng)平衡分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)》,得到了三缸曲柄連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力平衡,但是往復(fù)慣性力矩和旋轉(zhuǎn)慣性力矩不平衡；(2)壓裂泵固結(jié)時(shí),三階模態(tài)的頻率為5.12737Hz,正好與壓裂泵的四檔,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1900轉(zhuǎn)/分時(shí)頻率時(shí),三柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)不平衡引起的振動(dòng)頻率5.1Hz接近,而且振動(dòng)模態(tài)與壓裂泵激發(fā)方向重合,容易引起較大共振現(xiàn)象。(3)在測試的過程中,得到了壓裂泵的位移振幅在4檔、5檔、6檔時(shí)分別為20.49mm、8.72mm、8.68mm。(4)連接壓裂泵與高壓管匯的彎頭,采用兩彎頭異面的布置方式,能夠有效地減小彎接頭的Z向(環(huán)向)最大應(yīng)力以及應(yīng)力幅,這對(duì)于延長彎接頭的疲勞壽命有非常重要的作用。但是在同一平面內(nèi)布置的兩彎頭不僅沒有起到減小應(yīng)力幅的作用,反而比單彎頭作業(yè)時(shí)的環(huán)向應(yīng)力幅明顯提高。應(yīng)用論文的結(jié)論對(duì)高壓管匯布置方案進(jìn)行規(guī)范,可以延長彎頭的壽命,因而具有工程應(yīng)用價(jià)值。基于以上結(jié)論,對(duì)于壓裂車在作業(yè)時(shí)的高壓管匯布置提出以下幾點(diǎn)建議：(1)采取適當(dāng)措施減小壓裂車在上下方向上的振動(dòng)；(2)采用兩彎頭作業(yè)時(shí),建議采取彎接頭軸線垂直或者接近垂直的布置方式。
【關(guān)鍵詞】：壓裂車 振動(dòng) 測試 有限元
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE934.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 選題背景及其意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-16
• 1.3 汽車振動(dòng)特性研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 研究內(nèi)容及途徑17
• 1.5 本章小結(jié)17-19
• 第2章 壓裂車傳動(dòng)副分析19-32
• 2.1 壓裂車傳動(dòng)副運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析21-23
• 2.2 十字頭和連桿的受力分析23-27
• 2.3 三缸壓裂泵慣性力分析27-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 壓裂車振動(dòng)分析32-45
• 3.1 壓裂車模型簡化過程32-37
• 3.2 壓裂泵與車架之間固結(jié)時(shí)的模態(tài)計(jì)算37-40
• 3.3 壓裂泵與車架之間加彈簧時(shí)的模態(tài)計(jì)算40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第4章 實(shí)驗(yàn)分析45-58
• 4.1 測試設(shè)備及方案45-50
• 4.2 測試數(shù)據(jù)及分析50-57
• 4.3 本章小結(jié)57-58
• 第5章 彎頭的疲勞開裂及其解決方案58-74
• 5.1 彎接頭成型工藝59-60
• 5.2 高壓彎接頭位置分布60-62
• 5.3 單高壓彎接頭受力分析62-70
• 5.4 雙高壓彎接頭受力分析70-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 第6章 總結(jié)與展望74-77
• 6.1 研究總結(jié)74-75
• 6.2 研究展望75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 個(gè)人簡介82-83

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