2MPS2500型螺杆混输泵机械密封的改进

1 技术讨论2 0 0 2年 1月 ,胜利油田临盘采油厂的一台2ＭＰＳ2 5 0 0— 4 0ＭＷ 4型双螺杆泵 ,机械密封泄漏严重。该泵所配密封为大弹簧式、非平衡型密封 ;动环采用镶嵌硬质合金 ,静环为浸呋喃石墨 ,动环与轴采用Ｏ形胶圈密封 ,静环与压盖也采用Ｏ形胶圈密封。密封损坏的原因有 :①摩擦副采用硬质合金 石墨 ,密封效果较好 ,但对于油、气、砂混输泵 ,由于介质含有颗粒杂质 ,故摩擦副磨损较快 ;②采用大弹簧结构 ,压力沿圆周方向分布不均匀 ,密封在旋转过程中出现偏磨现象 ;③密封端面比压过大。根据密封转速ｖ =4ｍ/ｓ ,弹簧比压 ｐｓ应为 0…     

新型非密封滑动轴承牙轮钻头的试验研究

密封滑动轴承牙轮钻头的密封圈工作条件恶劣,极易损坏;密封圈占据了轴颈的一部分空间,使钻头承载能力减小,这些都降低了钻头的使用寿命。通过滑动轴承失效原因的分析,提出非密封滑动轴承牙轮钻头的轴承表面应采用硬度大、热稳定性好的材料,轴承摩擦副应采用硬-硬配对方式。经过对WC-Co类硬质合金材料力学性能和摩擦学性能分析,用新的轴承结构解决了硬质合金脆性问题,并研制出新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头。室内试验表明,硬质合金摩擦副具有良好的抗磨粒磨损能力,可用于牙轮钻头非密封滑动轴承的滑动表面。现场初步试验证明,新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头具有良好的应用前景,是发展高速滑动轴承牙轮钻头和小尺寸滑动轴承牙轮钻头的有效途径。     

泵用机械密封端面摩擦的研究

以泵用机械密封的摩擦副材料石墨-硬质合金来测定摩擦系数;引用了轴承特性系数来划分摩擦状态,试验表明,当该特性系数大于某一定值时,为流体动力润滑;小于某一定值时为边界摩擦状态,此时摩擦系数不随端面比压变化,稳定在0.04～0.07的范围内,这时摩擦系数小、发热量小,同时泄漏量也最小.     

弹簧比压对平衡型机械密封基本性能的影响

弹簧比压是形成机械密封端面密封比压的重要组成部分。分析了弹簧比压对平衡型机械密封摩擦特性和密封性能的影响,利用自行研制的动态下弹簧比压可控机械密封试验装置对平衡型机械密封进行了试验。研究表明,弹簧比压不仅使机械密封端面贴合,而且会使得粗糙端面的接触点产生变形,形成较小的密封间隙。对于平衡系数与膜压系数相近的机械密封,弹簧比压对泄漏量的影响明显增大。尽管弹簧比压的变化有时不足以改变机械密封的端面摩擦状态,但随着弹簧比压的增大,摩擦副之间的润滑介质相对减少。兼顾摩擦特性和密封性能两方面的要求并正确选择弹簧比压,是使机械密封处于最佳工作状态的要点。     

顶部插入式反应釜搅拌轴机械密封设计分析

采用传统设计和有限元分析的方法,对顶部插入式反应釜搅拌轴机械密封进行了研究,针对顶部插入式反应釜搅拌轴机械密封的结构特点提出了相应的对策,由于高压反应釜搅拌轴机械密封采用整体石墨环的变形量较大,不能满足密封要求,采用优化的结构设计后,变形量小,通过有限元分析可知力变形产生密封端面的扩散型间隙,而热变形产生密封端面的收敛性间隙。     

热油泵高压端机械密封的改造

常减压装置中热油泵原采用平衡型机械密封,使用不久改为波纹管机械密封,但高压端均易泄漏, 使用寿命短, 最后改造成法兰式筒形静密封, 并把滚动轴承改为滑动轴承,采用浸铜石墨作为滑动轴承材料。从而使多个密封点的动密封变为一个密封点的静密封, 取得了良好效果     

高压大直径深水模拟试验舱自适应密封设计与分析

为解决海洋深水高压模拟试验舱在大直径(2 500 mm)、高压(40 MPa)下的密封问题,基于双筒式结构受内压后内外层变形协调机理,设计了一种新型自适应膨胀式密封装置。根据推导的自适应膨胀式密封的径向补偿间隙理论计算公式,确定了既定密封圈厚度、高压舱舱体与膨胀圈的主体尺寸以及初始径向间隙值,在此基础上开展了高压大直径深水模拟试验舱自封式密封效果数值模拟与密封性能试验检测,结果表明所设计的自适应膨胀式密封装置能满足额定工作压力下高压舱的径向密封与端面密封要求,采用自适应膨胀密封设计的高压大直径深水模拟试验舱能够满足最高52.5 MPa试验压力下的密封要求。     

热油泵高压端机械密封的改造

常减压装置中热油泵原采用平衡型机械密封,使用不久改为波纹管机械密封,但高压端均易泄漏,使用寿命短,最后改造成法兰式筒形静密封,并把滚动轴承改为滑动轴承,采用浸铜石墨作为滑动轴承材料。从而使多个密封点的动密封变为一个密封点的静密封,取得了良好效果。     

摩擦表面重构的研究

在干摩擦或边界润滑条件下,摩擦副材料的组成与摩擦学特性都会在摩擦接触过程中发生改变。分析了多种摩擦系统中表面重构对于材料和机械摩擦学性能的重要影响。提出了从改善材料表面重构入手,设计新型材料和润滑剂的研究思路。     

热油泵高压端机械密封的改造

常减压装置中热油泵原采用平衡型机械密封，使用不仅改为波纹管机械密封，但高压端均易泄漏，使用寿命短，最后改造成法兰式筒形密封，并把滚动轴承改为滑动轴承，采用浸铜石墨作为滑动辆承材料，从而使多个密封点的动密封变为一个密封点的静密封 ，取得了良好效果。     

连续管旋转接头密封性能及其影响因素分析

连续管旋转接头可实现高压动密封功能,该结构的密封元件由多个V型橡胶圈构成。连续管旋转接头密封性能不稳定、V型圈寿命低等问题制约了连续管正常作业,易出现重大安全隐患。采用有限元法,研究了V型橡胶圈材料性能、摩擦因数、工作介质压力等参数对密封性能的影响。研究结果表明:V型圈在介质压力作用下能够形成稳定可靠的密封; V型圈密封副的摩擦因数以及材料硬度对密封性能和摩擦磨损性能有显著影响,聚氨酯和丁腈橡胶材料硬度相同,均为85 HA或90 HA。适当降低密封副的摩擦因数,可提高V型橡胶圈的密封性能和摩擦磨损性能; V型橡胶圈在10 MPa以上介质压力作用下变形达到稳定,轴向压缩量在0.9～1.0 mm。研究成果可为连续管旋转接头方案设计提供一定的指导意义。     

泵抽空时密封面开启失效过程中的动压效应实验分析

通过在抽空状态下机械密封端面间运动状况实验，测量了端面间压力和位移的变化；讨论了汽液两相密封和全液相密封端面开启过程的动压效应的影响；提出动压作用下密封端面开启失效机理；分析了动环密封圈轴向摩擦力与密封开启失效的必然联系。     

高温地层钻井堵漏材料特性实验

深井高温地层堵漏技术对堵漏材料的抗/耐温能力、抗压强度和沉降稳定性等提出了更高要求。针对高温地层钻井堵漏技术难题,基于220℃高温老化质量损失率、粒度降级率、抗压破碎率、抗压弹性变形率、摩擦系数变化率、纤维断裂强度保持率等技术指标,借助扫描电镜观察堵漏材料高温老化前后微观结构变化,评价了常用的有机植物类、有机聚合物类和无机矿物类堵漏材料的基本抗温能力,揭示了高温老化性能下降机理。利用自制的高温高压裂缝封堵模拟实验装置,探讨了高温封堵层失稳破坏机制。实验优选出抗220℃高温的微细填充颗粒、弹性变形颗粒和片状填塞颗粒等3种堵漏材料;基于耐热高分子和无机矿物材料,自制了抗高温高强度低密度的刚性架桥颗粒、抗高温高强度纤维类两种新型堵漏材料。基于强力链网络结构的致密承压封堵基本原理,通过不同类型抗高温堵漏材料的复合协同作用,优化得到了针对不同裂缝开度的抗高温致密承压封堵工作液配方,其承压能力≥ 10 MPa,沉降稳定性好,酸溶率高,可用于解决高温地层或储层钻井堵漏技术难题。     

HST特殊螺纹油套管力学与密封性能有限元分析

为研究HST特殊螺纹油套管接头在机紧工况和拉伸工况下的连接性能和密封性能,采用Abaqus有限元软件,改变管体与接箍密封面过盈量和管体受力,分析2种工况下接头扭矩台肩、密封面和螺纹牙应力及接触压力。通过分析得到机紧工况下管体密封面最大过盈量为0.09 mm,拉伸工况下接头连接性能和密封性能减弱。研究结果可为HST特殊螺纹油套管的实际应用提供理论指导。     

裂缝封堵失稳微观机理及致密承压封堵实验

裂缝性地层堵漏过程中,桥接堵漏材料形成的封堵层受力学因素影响易发生失稳破坏,导致封堵层承压能力较低,产生重复性漏失。基于裂缝封堵层微观结构受力分析,探讨了挤压破碎失稳、摩擦滑动失稳、剪切错位失稳、渗透漏失失稳等4种封堵失稳破坏形式,提出了粒度降级率、表面摩擦系数、剪切强度、堆积孔隙比等评价封堵失稳的特征参数;给出了裂缝致密承压封堵物理模型,即通过合理的堵漏材料类型和粒径级配优化控制,有利于在裂缝入口端附近形成致密承压封堵层。研制了长裂缝封堵模拟实验装置,开展了致密承压封堵模拟实验研究。实验表明,不同类型堵漏材料优化协同作用,可增大封堵层抗压强度、表面摩擦系数和抗剪切强度,形成紧密堆积结构,易在裂缝入口端附近形成致密承压封堵层,提高裂缝封堵突破压力,预防井漏。     

煤层气欠平衡钻井旋转控制头胶芯密封特性分析

旋转控制头胶芯的密封性能是影响煤层气欠平衡钻井施工效果的重要因素。根据煤层气钻井工况,对井口偏心工况、起钻和钻进工况下,旋转控制头胶芯和钻具间的接触压力进行了有限元模拟研究,并分析了胶芯不同结构参数对胶芯密封性能的影响,为煤层气钻井低压密封胶芯的优化设计和研制提供了依据。结果表明:胶芯与钻具间的接触压力随偏心距的增大而增大,且靠近偏心侧的接触压力较大;钻进工况下,钻具本体和接头部分的接触压力都明显小于起钻工况;接触压力随外锥角的减小而增大,随内锥角的减小而减小,但变化量较小;摩擦力随主密封段长度的增加呈线性增加,钻杆接头部分明显大于本体。现场应用实践验证了分析结果的正确性。     

南海高温高压气田尾管回接管柱改进及入井质量控制

南海西部海域高温高压条件苛刻,气井开发将准177.8 mm尾管回接至井口并全井段封固作为井筒完整性保障的技术措施之一。由于常规回接工具插入回接筒困难、密封能力有限,不能满足高温高压气井的要求,同时回接尾管材质软,采用特殊螺纹设计,入井质量要求高,因此优化改进了尾管回接工具及管柱结构,包括节流带孔碰压浮箍、4道密封件以及顶部封隔器+防上顶卡瓦的设计;开展了特殊螺纹上扣准确度控制技术研究,基于螺纹密封脂的摩擦因数修正了套管上扣扭矩计算公式,总结了上扣曲线可接受度的关键判断方法,提出了上卸扣速度精细化调整建议。上述工具和技术在6口高温高压开发井进行了应用,尾管回接作业提效20%,并有效提高了套管入井质量和井筒完整性。     

镍钛合金垫片连接结构泄漏率测试及有限元分析

管接头是管路系统中常见的可拆连接形式,为保证连接结构的安全性和可靠性,新型密封材料的开发与应用具有重要意义。搭建了一套管接头连接结构的泄漏率测试装置,以镍钛形状记忆合金垫片为对象,测试连接结构在不同预紧应力和介质压力下的泄漏率。建立了管接头连接结构的有限元模型,分析了镍钛合金垫片应力分布特性。有限元分析及测试结果表明,镍钛合金垫片连接结构具有良好的密封性能,试验测得的泄漏率均小于10-2 cm^3/s,垫片的上、下密封面具有不同的应力分布特性,垫片下表面的有效密封宽度较大。     

天然气井试油完井过程中快速泄压对井下工具密封性的影响

压控式井下工具空气室的密封元件不仅受到天然气、二氧化碳、酸碱井液等介质的侵蚀,还要承受井下温度和压力变化带来的影响。在川渝地区天然气井的试油完井中, 压控式井下工具多次出现因“ 气体快速减压（RGD） ”效应影响而造成密封元件的密封性能降低,高压天然气渗入空气室形成了圈闭压力,致使工具不能正常工作的情况。 为了降低RGD效应对试油完井井下工具密封性的影响,以可控封堵阀为例,开展了在井下工况条件下空气室渗入高压天然气的模拟实验,验证特定的井况条件下会产生RGD效应,使橡胶密封元件的密封性能降低;同时通过模拟实验对比,优选了能耐RGD效应的“O”型密封圈,该密封圈在现场应用了4口井,均未出现空气室渗入天然气的现象。天然气的快速泄压对井下工具密封性的影响可以通过控制压降速率、减少开井关井次数和使用耐RGD效应的“O”型密封圈进行防治。为了提高井下工具密封的可靠性,提出了优化设计空气室的密封结构、减小空气室“O”型密封圈承受的密封压差的建议。 该防治天然气快速泄压影响井下工具密封性的技术,为试油完井井下工具的设计和密封件的选择提供了借鉴。     

海上热采耐高温三胶筒结构封隔器设计及性能评价

在国内油气田增储上的大背景下,稠油热采成为油气开发新的增长点。面对井下高温高压的环境条件,现有耐高温胶筒难以满足海上热采高温密封要求,制约了稠油热采井有效开发。为解决海上热采封隔器高温下密封失效问题,结合现有耐高温材料和隔热涂层技术, 提出一种中心管带隔热层的三胶筒结构。通过建立三维模型并应用有限元仿真软件,完成了该结构的热分析与结构分析,得出了三胶筒坐封后各自的压缩量、接触压力及在中心管注高温蒸汽时胶筒的温度分布。通过分析表明三胶筒结构具有可靠的密封性能,采用隔热涂层后胶筒的工作温度有明显降低。该设计为海上稠油热采封隔器高温密封提出了一种新思路。