封井后提放钻杆过程中球形防喷器胶芯力学行为*

球形防喷器封井后强行起下钻作业极易导致胶芯密封失效,为研究动密封过程中防喷器胶芯失效机制,基于橡胶大变形理论建立球形防喷器动态密封数值模型,探究球形防喷器胶芯在封井和起下钻过程的应力分布和失效模式。结果表明：球形防喷器密封钻杆后,胶芯内壁会产生条状褶皱,支撑筋下板块拐角处产生鼓点状应力分布,颈部和背部存在应力集中现象;当钻杆倾斜时,钻杆与胶芯接触密封区也发生倾斜,胶芯左右两侧应力小幅增大;起下钻过程中,胶芯内壁的条状应力集中变为片状分布,钻杆接头进出密封区域时,接触应力发生突变。     

旋转控制头密封胶芯力学行为和失效分析

针对欠平衡钻井中旋转控制头的密封胶芯经常失效的问题,根据旋转控制头的工作原理以及胶芯的材料特点,分析胶芯在几种典型工作状态下的受力与变形规律,以及胶芯失效的形式和原因。结果表明：胶芯的主要失效形式为胶芯侧面拉压疲劳开裂、顶部剪切疲劳开裂、底部疲劳膨胀开裂,以及胶芯内锥面与内圆柱面交界处橡胶的脱落和胶芯内表面划伤、形成沟槽等;胶芯失效主要是由铁芯与橡胶连接部位的应力集中、起下钻中胶芯所受变应力的反复作用、胶芯与钻具间的摩擦力等方面引起的。提出在结构设计、材料选取、操作使用过程中合理地控制上述因素,以改善胶芯性能,提高其使用寿命和可靠性。     

环形防喷器胶芯失效的原因及提高胶芯使用寿命措施的分析

本文主要通过近三年来对西南地区各油田及塔河油田的现场调研,发现球形胶芯环形防喷器经常失效的现象,并对失效的形式及原因进行了分析,采取了相应措施来进一步提高防喷器胶芯的使用寿命。     

带压作业闸板防喷器胶芯磨损行为研究

针对带压作业时闸板防喷器胶芯的耐磨块易发生磨损导致密封失效和起下旧管柱时其工作寿命较小等问题,对带压作业过程中闸板防喷器胶芯磨损行为进行研究。以某油田现场使用的闸板防喷器胶芯为对象,从微观角度分析带压作业过程中胶芯耐磨块主要磨损机制和表面粗糙度对耐磨块磨损机制的影响;利用有限元软件建立胶芯动静密封模型,从宏观角度分析不同工况和摩擦因数对闸板胶芯密封性能及耐磨块磨损规律的影响。结果表明:带压作业过程中耐磨块主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损,管柱的粗糙度越大,耐磨块磨损越严重;井筒压力造成的胶芯上部应力集中是耐磨块上部磨损严重的主要原因;管柱与耐磨块圆弧面间的摩擦因数应控制在0.1以内,否则会加速耐磨块的磨损。     

煤层气带压修井用气胎式环形防喷器设计

为了满足煤层气带压修井快速作业的要求,解决原有环形防喷器胶芯磨损严重,需要频繁更换的问题,设计一种气胎式环形防喷器。该防喷器利用空气压缩原理,实现了油管接箍的快速通过;壳体和胶芯采用顶丝和花键连接,方便胶芯更换。采用有限元分析方法对该环形防喷器的关键部件胶芯的密封性能进行分析,得到胶芯密封压力随控制压力的变化规律,分析胶芯破坏的原因和破坏形式。结果表明:随着控制压力的增加,气胎式环形防喷器的密封压力逐渐增加,当控制核动力为4 MPa时密封压力稳定在7 MPa左右,满足作业中的密封要求;胶芯的中上部位置压力最密集,容易出现溢流现象,应加强该部位的硫化。     

球形防喷器胶芯支承筋的三维有限元分析

球形防喷器胶芯支承筋的三维有限元分析林军，伍开松（西南石油学院）１前言球形防喷器是保证钻井作业顺利进行，防止井喷事故发生的关键设备，如图１示。封井时，活塞上行推动胶芯，使储备于支承筋间的橡胶，因支承施互相靠拢并受顶益约束而被挤向井口中心，实现密封钻具...     

闸板防喷器可控柔性密封性能分析

通过对闸板防喷器可控柔性密封的工作环境、密封原理的分析,提出采用丁腈橡胶作为密封基体、聚酰胺材料作为耐磨体组成的可控柔性密封胶芯结构,可大大减少密封橡胶的磨损量,延长胶芯的工作寿命。结合开关型可控柔性密封工作原理,建立胶芯的数值分析模型,通过运用Cosmos和Ansys分析软件对所建模型进行有限元分析。分析结果表明胶芯整体受力和变形满足设计要求,分析结果与实际胶芯的破坏部位相吻合。     

油气井旋转防喷器密封失效分析及对策

在欠平衡钻井过程中,旋转防喷器是关键设备,而密封胶芯是其核心密封元件;旋转动密封现场使用效果除受自身设计限制外还受到很多外在因素的影响。现分析密封胶芯失效形式和旋转动密封失效原因,以指导旋转防喷器的正确使用,为旋转防喷器的优化设计提供参考。     

快卸式筒形防喷器的研制

为满足修井和带压作业用防喷器需密封多种规格钻具,频繁更换胶芯以及过油管和油管接箍的要求,研制快卸式筒形防喷器。该防喷器采用锁块式连接,内外复合胶芯结构。应用非线性有限元方法,分析胶芯的密封性能以及胶芯接触压力与液控压力和胶芯厚度的关系。试验测试和现场应用表明,该防喷器具有体积小、开关迅速、液压流量小、更换胶芯方便快捷、密封范围大、密封安全可靠的优点,具有广泛的市场应用前景。     

FHZ28-105环形防喷器的研制

根据超深井油气开发的需求以及各界不断重视井控装备的安全性,提高设备配置安全系数的要求,研制了105 MPa超高压环形防喷器.该防喷器承压件采用锻件,壳体为高脚杯结构,胶芯为锥形,采用有限元进行优化设计,研制了密封可靠性较高的胶芯.该防喷器具有结构简单,承压能力强,密封可靠的特点.通过试验表明,其各项性能指标符合API Spec 16A规范和GB/T 20174的规定.     

高压高转速服役特征下唇形油封失效机制

坦克车综合传动系统中油封经常处于高压、高转速的工况,出现短时失效泄漏且在工况条件降低后密封性能恢复。针对这一问题,以唇形油封的泵汲理论作为其失效评判标准,首先,通过分析不同介质压力下油封的变形特征和接触特性,发现油封受压后腰部向轴侧塌陷、唇部翘曲,导致其接触宽度增加、最大接触应力减小,不利于产生或失去泵汲效应;其次,基于高速下油封摩擦升温现象,指出转速增加使油封橡胶材料的弹性模量下降,导致油封的抵抗变形能力减弱,其受压时腰部变形量增大;最后,对高压高转速服役特征下的油封进行分析,发现转速作用下油封升温导致其腰部抵抗变形能力下降,同时施加介质压力后加剧其腰部的塌陷程度,降低其工作可靠性,进一步得出了油封的可靠介质压力与转速之间的匹配关系。研究成果可为设计优化耐高压高速油封及油封选型提供参考和理论支持。     

基于虚拟制备的大环径比O形金属橡胶密封件结构性能研究

金属橡胶密封件(MRS)作为一种新型轻质弹性金属结构，可以替代传统聚合物材料密封件在极端环境中使用。但由于MRS结构的复杂与制备工艺的繁琐，MRS结构特性与力学性能无法精确设计而影响了工程应用。针对这一不足，基于计算机仿真技术，对大环径比O形MRS的制备工艺流程进行数值模拟，采用虚拟制备构建可以真实反映MRS宏观力学性能及微观复杂结构的模型，并依据实际工况对MRS不同压缩工况下的模型进行静力学仿真分析，分析压缩率对于密封系统摩擦界面的接触特性及其结构响应的影响，结果表明其接触特性受到压缩工况及包覆层塑性失效的共同作用。以静力学仿真输出的细观接触应力为参量，结合间隙流动模型，对密封件泄漏率进行仿真和计算，分析其泄漏率的影响因素，结果表明在密封件不发生塑性失效的前提下，较大的压缩率可以减少泄漏。研究结果对新型宽温域密封件的参数设计、性能研究与推广应用有一定的指导意义。     

一种滚动密封爬壁机器人失效分析

密封结构是保证爬壁机器人运行的核心部件,滚动密封作为一种新型密封方式,具有耐磨性好、负载大、壁面适应性强的特点,在爬壁机器人领域研究日益广泛。基于滚动密封机理,提出了典型工况下的滚动密封失效判据。通过密封机理分析确定了滚动密封结构的失效形式,对水平平动、竖直平动及转向三种典型工况下的具体失效形式进行分析,并采用动力学方法得到了关键设计参数与密封泄漏间的关系,由此提出滚动密封的失效判据。最后基于所提失效判据完成样机改进与实验,实验结果表明,改进设计提高了吸附稳定性,验证了密封失效判据的有效性与准确性。     

气控环形防喷器密封胶芯大变形分析

针对气控环形防喷器胶芯在密封过程中的大变形以及与油管存在密封压力难以计算的问题,建立胶芯物理模型,结合厚壁筒理论与橡胶本构方程,同时考虑胶芯的材料非线性和几何非线性,探讨防喷器密封过程中胶芯变形与接触压力的变化。根据胶芯变形过程中无变形阶段、自由变形阶段和接触变形阶段的不同受力状况,利用迭代的方法对每个离散微段施加控制压力,得到不同控制压力下胶芯变形量与接触压力,并与仿真结果进行比较。结果表明:在自由变形阶段,随控制压力增加,胶芯变形量逐渐增大且由中间向两侧逐渐减小;在接触变形阶段,胶芯内径保持不变,且与油管间接触压力不断增加。采用胶芯变形理论方法计算的接触压力变化规律与仿真结果基本相同,验证了胶芯变形理论计算方法的正确性。     

基于ABAQUS的橡胶密封圈应力松弛分析

橡胶O形密封圈在高温工况下会发生应力松弛并导致密封失效。基于橡胶黏-超弹本构模型,利用有限元软件ABAQUS建立橡胶O形密封圈与沟槽接触的非线性有限元模型,分析O形密封圈在不同压缩率、不同油压、不同温度下的应力松弛情况及应力分布。结果表明:接触界面上的接触应力分布近似呈抛物线;O形密封圈应力在初期先急剧衰减,而后逐渐缓慢降低;压缩率和油压对应力松弛影响不大,但油压太大会降低密封可靠性;温度升高使应力松弛速率明显增大,并使最终应力降低,降低密封的可靠性。     

拖拉机离合器非标角接触球轴承的优化设计

介绍了拖拉机离合器轴承的工作原理,分析了某拖拉机离合器轴承的失效原因。提出的改进措施为:高温回火,增加轴承外圈端面超精工序,将接触式橡胶密封改为非接触式金属防尘盖密封,将尼龙保持架改为冲压钢制碗形保持架,选择工作温度为-30~300℃的长城锂基润滑脂,填脂量为30%~50%。改进后离合器轴承的台架试验表明,主、副离合器轴承温度均有所降低,且未出现高温烧毁轴承和离合器的现象,满足使用要求。     

高速列车非平稳振动信号盲源分离方法及应用

高速列车具有若干时变激励源,传统的时频分析方法只能对观测的混合振动的总体强度分布、时频域结构加以分析,不能分离出与各振源对应的信号分量从而明晰振源状态与故障特征。盲源分离是一种可行的分析方法,但由于高速列车振动信号具有时变振源数目、时变信号长度、受车速调制的变频非平稳等特征,传统的盲源分离方法不适用。为了提高高速列车非平稳信号的盲源分离效果,基于自适应滤波理论提出全局最优信噪比盲源分离新方法,并对其可分离性的判别依据进行论证。新方法的有效性经仿真计算和实测数据分析得到验证。研究表明：新方法对高速列车时变非平稳信号的盲源分离效果优于传统的基于非线性函数的盲源分离方法和基于高阶累积量的盲源分离方法。     

封隔器胶筒的非正态分布变量对其可靠性灵敏度的影响

针对工程实际中涉及非正态分布变量的封隔器胶筒密封不可靠问题,建立胶筒力学可靠性模型,提出Edgeworth级数和四阶矩的机械可靠性灵敏度数值分析方法;对密封胶筒力学模型的随机变量进行可靠性灵敏度对比分析,得出结构参数对封隔器胶筒可靠性的影响规律。结果表明:服从正态分布的几何尺寸比非正态分布的工作压差、密封载荷对封隔器胶筒可靠性的影响更显著,而非正态随机变量中,工作压差对胶筒密封可靠性的影响大于密封载荷的影响;随机方差灵敏度的增加,都会使胶筒趋向不可靠,但不同结构变量方差灵敏度的变化对胶筒密封可靠性的影响不尽相同。通过实例胶筒的可靠性灵敏度设计计算,验证该方法的有效性和准确性,工程应用中该方法可作为封隔器胶筒结构参数定量设计和可靠性设计的依据。