带压作业闸板防喷器胶芯密封性能分析

利用三维建模SolidWords软件及有限元分析软件ABAQUS,建立了带压作业闸板防喷器胶芯与管柱密封结构的三维简化模型。该密封结构属于组合式密封结构,由丁腈类橡胶(NBR)组成的橡胶基体和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)组成的耐磨块构成。研究了3种不同封井压力作用下胶芯与管柱之间的应力分布规律。结果表明:在液压封井力为20 MPa时,该闸板防喷器胶芯可用于密封井底压力不超过35 MPa的带压作业环空; 胶芯失效位置主要集中在橡胶基体与上下垫板接触区域及耐磨块圆弧面上靠近中线位置区域,与现场实际应用中胶芯的失效位置基本相符,验证了分析的正确性。     

闸板防喷器胶芯密封参数算法及结构优化

根据闸板防喷器工作性能要求,通过建立闸板总成力学模型,应用橡胶非线性大变形理论,研究了胶芯密封比压与偏心距等密封参数的确定方法。并依据胶芯可靠、合理封井的条件,确定了保证防喷器正常工作时偏心距的取值范围。最终在此基础上对胶芯结构进行了优化。     

闸板防喷器胶芯密封及损坏机理分析

以闸板防喷器胶芯为研究对象,通过试验确定了胶芯的本构关系,建立了闸板防喷器胶芯与钻杆的三维简化模型,对胶芯与钻杆进行了接触分析。研究了4种不同冲击载荷作用下胶芯与钻杆之间的接触应力分布规律,结果表明,在胶芯与钻杆的接触面上出现了一个长条形的应力集中区,对密封起主要作用;冲击压力的不断增加,使得胶芯与钻杆之间的接触面积不断减小是导致胶芯密封失效的原因,并将该分析结果与油田现场胶芯密封钻杆的实际情况进行了比较,发现胶芯损坏的部位均处于胶芯接触应力集中处。     

外压检测装置密封胶芯偏心距优选有限元分析

以外压检测装置密封胶芯为研究对象,通过对防喷器闸板胶芯的密封原理研究,建立胶芯密封过程的非线性大变形有限元仿真模型,根据仿真结果,对密封胶芯的重要结构参数——偏心距进行优选。结果表明:偏心距越大,胶芯的等效应力越大,接触应力也越大,最大接触应力主要分布在胶芯的圆弧部分;偏心距越大,胶芯圆弧部分和平面部分的接触应力不均勾性增大;优选偏心距e为0.5mm。     

剪切闸板胶心密封特性研究

剪切闸板是闸板防喷器的核心部件,其剪切后的密封可靠性对井控安全至关重要。以ISR型内锁紧剪切闸板和SBR型全封闭剪切闸板为研究对象,通过有限元方法对其进行密封性能分析,并对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化。研究结果表明,在实际工况下,SBR型密封属于静密封,密封结构更好;而ISR型密封在密封过程中,其橡胶密封面受剪切作用,钻屑容易划伤橡胶面,导致密封失效。在无井压工况下,ISR型剪切闸板关井时井口压力低于橡胶接触应力,可实现有效密封;在有井压工况下,橡胶与闸板之间的接触应力增大,密封能力进一步提高,起到助封作用。随着橡胶压缩量增大,SBR型剪切闸板与橡胶之间接触应力呈线性增大。对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化,即采用浮动式密封结构,这样不仅可以减轻密封橡胶的挤压剪切损伤,还能增强密封能力。当下闸板刃口倒角为15°时,下闸板移动过程中橡胶最大剪应力减小,橡胶更安全。     

旋转防喷器胶芯结构分析及优化

旋转防喷器是欠平衡钻井的关键设备,带压作业过程中其密封性能是保证安全生产的重要因素。现有的国产旋转防喷器存在胶芯密封不严以及易发生疲劳损伤失效等问题。鉴于此,利用ABAQUS软件建立了旋转防喷器胶芯动态密封有限元模型,对胶芯预紧工况下和起下钻工况下旋转防喷器的力学性能进行了分析,分别讨论了胶芯硬度和铁芯结构对旋转防喷器胶芯使用寿命的影响。分析结果表明:在带压下钻过程中,胶芯呈轴向拉伸变形状态,起钻过程中胶芯呈向上压缩变形状态,且起钻和下钻工况对胶芯密封性能影响不大,下钻工况的密封性能略大于起钻工况;胶芯材料硬度为80 HA时,胶芯的使用寿命最长;优化改变铁芯结构可使胶芯使用寿命延长。室内密封试验以及现场试验证实了有限元优化结果的可靠性。研究成果对延长胶芯使用寿命和提高油田作业安全具有重要的现实意义。     

闸板防喷器管子闸板胶芯的失效机理分析

本文对方油钻井液压闸板防喷器管子闸板胶芯的损伤失效模式和失效机理及闸板胶芯的受力性质进行了分析研究,得出闸板防喷器封井管子闸板胶芯的失效,属强机械力重复作用下的橡胶低周疲劳损伤失效的结论.分析研究结果与70MPa闸板防喷器管子闸板胶芯封钻杆寿命试验的胶芯实际损伤失效形式和部位相吻合,同天津大学的管子闸板胶芯光弹性试验结果分析基本一致.     

2FZ18-21型闸板防喷器胶芯的有限元分析及结构改进设计

从生产实际现场反馈的情况来看,闸板防喷器中主要是闸板总成中的胶芯前密封与管柱之间的寿命很短,最容易因为疲劳磨损而失效。失效后的防喷器胶芯密封不可靠、不能承受封井压力,这将给生产带来很大的安全隐患。对石油钻井行业中2FZ18—21型闸板防喷器的结构和工作原理进行了分析,对闸板胶芯的密封机理和失效模式进行了研究,利用ANSYS软件建立了胶芯的有限元分析模型,模拟闸板防喷器的工作过程,获得了胶芯的工作应力分布规律,并对其结构进行了改进设计。     

FHZ28-105型环形防喷器胶芯研制

为满足高压油气井的井控要求,研制了FHZ28-105型环形防喷器。胶芯是其关键部件,采用锥形结构,材料为丁腈橡胶,并设计了金属骨架。应用有限元软件分析了胶芯的形变、接触应力和应变,符合设计要求。室内试验表明,胶芯的密封压力可达105MPa。为高压防喷器的国产化提供技术支持。     

液压闸板防喷器胶心抱紧力分析计算

闸板胶心是闸板防喷器封井的关键元件。胶心抱紧力是衡量闸板胶心能否可靠封井的重要参数。根据闸板防喷器工作性能要求,通过建立闸板总咸力学模型,应用橡胶非线性大变形理论,导出了闸板胶心抱紧力计算式,并编制了计算机程序。