封隔器胶筒密封性能影响因素分析

利用罚函数法将接触面约束条件引入势能泛函,建立封隔器胶筒有限元方程,采用Newmark法进行数值求解,分析封隔器胶筒几何参数和物理参数对封隔器密封性能的影响。研究结果表明:胶筒与套管间接触压力随胶筒长度的增加而增大,这种增长趋势在胶筒长度达到一定数值后趋于减缓;胶筒与套管间接触压力随胶筒厚的增加而增大,而压缩变形随胶筒厚度增加而逐渐减小;胶筒的材料参数设计要求在满足密封要求的前提下,选择较大的胶筒材料系数。     

压缩式封隔器异型胶筒密封性能分析

为了提高油田分层开采特别是非常规油气完井技术中使用的封隔器常规胶筒的密封性能,使其应力分布更均匀,通过在胶筒与中心管接触一侧的中间开设小圆槽,设计出几种具有不同半径小圆槽的异型胶筒。采用非线性有限元方法,利用 ANSYS 分析软件建立封隔器胶筒有限元模型,对比分析常规胶筒和异型胶筒的密封性能,并研究圆槽半径对封隔器密封性能的影响。结果表明：异型胶筒最大接触应力明显高于常规胶筒,且接触应力分布均匀,因此其密封性能高于常规胶筒;在一定范围内,圆槽半径对接触应力影响不大,但圆槽半径过大会降低封隔器的密封性,应根据现场实际情况来确定圆槽半径。     

温度变化对压裂封隔器胶筒密封性能和疲劳寿命的影响研究

利用ABAQUS软件建立了封隔器胶筒的有限元模型,分析了密封载荷为58.15 MPa时,温度变化对胶筒与套管之间的接触应力的影响规律。考虑实际工况中井下作业温度变化的情况,分析了升温和降温两种变化情况下胶筒的整体密封性能。利用ABAQUS与FE-SAFE疲劳分析软件联立求解,分析温度变化对胶筒使用寿命的影响。研究结果表明,密封载荷不变时,作业温度稳定不变且为100℃左右时胶筒的密封性能最好;作业温度由低向高变化时,胶筒的整体密封性能随之提高,密封性能系数增大;反之,当作业温度由高向低变化时,胶筒的整体密封性能随之降低,密封性能系数减小。当作业初始温度50℃升至100℃时胶筒的整体密封性能达到最好,此时密封性能系数达到最大值4 564.7 MPa·mm;当作业初始温度100℃降温至50℃时胶筒的整体密封性能最差,此时密封性能系数达到最小值572.7 MPa·mm。温度变化幅度越小,胶筒的疲劳寿命波动范围越小;当温度变化幅度一定时,作业温度的升高可延长胶筒的疲劳寿命,当初始温度为100℃时,胶筒的疲劳寿命可达到最大值66.10 d。无论是升温还是降温,当温度变化幅度超过30℃时,均会导致胶筒失效。     

基于ZSM-5型沸石-水系统的封隔器胶筒材料密封性能研究

为解决高温高压井中封隔器胶筒的失效问题,提高封隔器胶筒密封性能,提出一种基于纳米流控系统的封隔器胶筒材料。以蜂窝状结构为支撑骨架,在蜂窝内包覆憎水性纳米多孔介质与非浸润性功能流体的混合物,制备一种封隔器胶筒材料,该封隔器胶筒材料可随着外压的增大/减小,通过体系内液体流入/流出多孔材料孔道来调节自身体积变化,平衡外界压变。以ZSM-5型沸石-水系统为填充介质,实验获得不同环境温度下ZSM-5型沸石-水基封隔器胶筒材料的压力-体积变化关系。结果表明,当环境温度在30～75℃范围内变化时,随着温度的提升,该封隔器胶筒材料的上压力阈值减小、下压力阈值增大,服役时的压力将稳定在更小区间范围内;其有效变形能力也将随着温度的升高而增大,体现出良好的密封性能,可减小油套环空密封失效风险。     

油田注水用封隔器密封性能的分析与研究

通过对油田2种注水工艺管柱的受力分析，找出了封隔器密封失效的根本原因，提出了避免封隔器密封失效和提高封隔器密封性的方法。     

悬挂式封隔器密封胶筒的密封性能研究

根据悬挂式封隔器密封胶筒的结构和工作特点,分析封隔器在初封和工作阶段胶筒的密封原理及其相应的自由变形、约束变形和稳定变形3种状况下的密封特性。建立胶筒密封性能分析的理论模型,应用压力法分析胶筒在约束变形和稳定变形阶段的材料、几何和应力变化等非线性关系,得出密封面接触应力分布的计算模型,并确立应用封隔器胶筒密封面接触应力判断胶筒密封性能的判别准则。建立悬挂式封隔器胶筒密封的有限元模型,有限元仿真与数值计算得到的密封面接触压力的大小和分布形状具有较好的一致性,证明了建立的理论模型的有效性。     

封隔器配套用O形圈压缩率优化研究

为优化封隔器配套用O形圈压缩率选用,在对比国内外O形圈设计标准基础上,在不同工况下对某规格的O形圈进行摩擦力和液密、气密试验测试与有限元模拟计算。综合试验与有限元模拟结果,在35 MPa的密封要求下,提出封隔器配套用O形圈的压缩率推荐值为10%～13%。该设计值小于国际标准值,在满足操作工况允许的载荷条件下,摩擦力降低约47.8%,有效地解决了O形圈密封性能和摩擦力之间的协调性问题。     

齿轮强度计算判据方法的研究

强度计算是保证齿轮不失效并能正常工作的一个重要方法。提出齿轮强度计算的判据方法,并列出相应的判据计算式。用可靠度判据作为判别齿轮设计合理性的依据。用安全系数判据作为验算齿轮安全性的指标。通过实例,说明了该方法的应用。推荐了一种合理而精确的齿轮强度计算方法。     

双向压缩式新型封隔器密封性能研究

针对常规封隔器存在的接触应力分布不均匀、胶筒密封不实等问题,提出一种双向压缩式封隔器。该封隔器采用组合结构胶筒的形式,并采用在胶筒两侧同时对向均匀压缩的新型加载方式。采用ANSYS软件建立双向压缩封隔器胶筒有限元模型,研究分析该新型封隔器的密封性能,并与常规封隔器进行比较。结果表明:双向压缩式封隔器胶筒平均接触应力明显高于常规胶筒(高20%左右),接触区域更大,接触区域上的接触应力分布更均匀,胶筒的变形稳定,密封性能更好。     

基于灵敏度分析的某密封结构优化设计

在某试验装置密封结构的设计中引入灵敏度分析理论,通过对密封元件的相关结构参数相对于密封时间以及最大Mises应力的灵敏度分析,确定各设计参数对密封时间和应力变化的影响程度。并根据灵敏度分析结果,确定最适合的优化方案,从而得到密封结构各元件的最优结构尺寸。该设计思路可以为优化参数的设置提供参考。     

水平井裸眼封隔器密封结构优化研究

针对水平井压缩式裸眼封隔器存在的密封性差、坐封力低、胶筒与井壁间存在间隙等问题,对其密封结构进行改进与优化,设计出一种凸球形隔环和凹球形胶筒组相结合的新型密封结构。运用 ABAQUS 软件模拟密封结构封隔器胶筒的坐封情况,获得胶筒组轴向接触压力的分布规律,并分析胶筒硬度和摩擦因数对接触压力的影响。结果表明：新型密封结构凸球形隔环在轴向压缩胶筒的同时也起径向压缩作用,提高了胶筒与井壁和中心管间的接触压力,增强了封隔器的密封性能;胶筒与井壁间的接触压力随着胶筒硬度和摩擦因数的增大而增大,但过大的摩擦因数会导致下胶筒接触压力明显减小,应选择硬度和摩擦因数合适的胶筒,从而保证封隔器的密封可靠性。     

遇油膨胀封隔器的封隔性能研究

基于封隔器的密封性判据和结构设计方法,在对遇油膨胀封隔器的吸油膨胀进行热膨胀描述的基础上,通过ANSYS有限元计算遇油膨胀封隔器在井下的接触压力,建立封隔器封隔性能分别与胶筒长度、厚度关系的计算模型。结果表明,遇油膨胀橡胶的热膨胀与吸油膨胀相一致,通过膨胀橡胶的热膨胀分析可以合理描述出膨胀橡胶吸油膨胀后的状态。有限元分析表明,随着胶筒长度和过盈厚度的增大,封隔器的封隔性能都呈指数规律增大。     

关于0.01 MPa真空度下密封结构的分析

为了设计适用于0.01MPa高真空度下真空喷涂工艺的密封结构,首先,对该结构的工作环境做了简要说明;然后,建立密封结构模型并对该结构的工作原理进行了解析说明,采用有限元法对初始建立的模型和密封圈变形进行分析,进而得出密封结构设计的关键参数;最后,通过仿真分析,验证了2个密封圈在2.4mm最优变形量下,与传动轴之间的挤压应力能够满足真空喷涂工况下传动轴的密封要求。该结构的成功设计与应用为简单密封件的设计提供了新的思路。     

管道封堵气囊结构设计与密封性能研究

为实现石油和天然气管道的快速封堵,设计一款可用于管道快速封堵和导流的机器人以及充气膨胀性的封堵装置。该封堵装置由气囊和导通管组成,气囊充气膨胀后挤压管道的内壁和导通管的外壁,从而构成一个密封区域,使液体不会从管道裂缝中泄漏,而是从中间导通管流过,实现封堵和导流功能。设计4种不同结构的气囊模型,研究其在不同压力下的最大von Mises应力和接触应力分布。结果表明,气囊外部与管壁接触边的倒角为直角,气囊内部为圆形中空结构时,气囊的接触应力最大,接触密封效果最好,同时应力也最小,承压能力最强。     

承压设备带压密封局部法兰夹具设计

简述了带压密封技术的基本原理、承压设备法兰夹具的2个基本作用和8项设计准则。以弯曲梁的有力矩理论为基础,建立了局部法兰夹具的厚度计算公式。论述了承压设备带压密封局部法兰夹具设计步骤:泄漏介质勘测;泄漏法兰的勘测;局部法兰夹具结构设计、增强密封结构设计、厚度设计及夹具材料选择。     

一种含超弹性接触问题的密封结构的有限元求解方法

对所研究的密封结构进行了分解和简化。采用接触单元法,对其中的关键密封元件－O形密封圈建立了一种新的含有接触计算的超弹性有限元模型,并改进了网络的划分。运用国际通用I－DEAS软件和ANSYS有限元分析程序对其进行了求解。     

大口径双向密封固定球球阀的阀座结构分析与设计

分析了石油和天然气管线用固定球球阀阀座的结构特点和性能,介绍了一种大口径双向密封固定球球阀的阀座优化设计。     

弹性液压往复密封的增效结构设计研究

针对弹性液压往复密封增效结构设计方法研究的不足,提出弹性往复密封的增效结构设计过程模型。通过对密封的使用工况分析,选择弹性密封的类型和材料;依据密封的操作运行参数,设计密封件的拉伸量、压缩率或过盈量、密封的间隙和精度;根据密封的增效形状设计准则和材料设计准则,在基型基础上进行密封截面的变形设计和密封的延寿组合设计。某液压缸活塞杆的密封结构设计实例验证了该方法的有效性。     

恶劣环境下的动密封结构设计

高造斜率井眼轨迹控制工具是一种控制大位移井井眼轨迹的井下工具,工作环境复杂,它的关键部件动密封还要受到高造斜工具结构的限制,所以工作条件更加恶劣。阐述该特殊动密封的恶劣工作环境,根据恶劣环境的要求,设计动密封的结构。高造斜工具的动密封分为上下两部分,上端动密封带有压力补偿系统,下端动密封的特殊结构能抗冲击振动。密封件均采用高温高压耐油材料,能够实现高效密封,满足恶劣工作环境的要求。