径向金属密封唇部结构接触力学研究*

由于初始过盈量和介质压力的作用,井下流量控制阀径向金属密封唇部的应力和应变梯度变化很大,很容易发生塑性变形。为研究径向金属密封唇部接触力学行为,提出径向金属密封唇部的圆弧结构,基于接触力学建立径向金属密封唇部轴对称结构的圆弧-平面接触模型,得出径向金属密封唇部结构接触力学参数的理论关系式,并基于有限元方法进行验证。径向金属密封唇部接触力学参数的理论解与数值解相符,接触宽度、最大接触应力、初始过盈量和平均接触应力的平均相对误差分别为8.86%、6.96%、8.88%和4.33%,满足工程设计要求。研究表明：径向金属密封唇部的最大接触应力与初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度成正比,与径向金属密封唇部圆弧半径成反比,因此可通过增加初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度来增加径向金属密封唇部的最大接触应力。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。     

井下流量控制阀金属密封仿真研究

智能井的井下流量控制阀中的金属密封对于其可靠性具有重要的影响。针对具有圆度误差的金属密封和滑套的密封副(以下简称为金属密封副),利用ABAQUS研究了介质压力和初始过盈量对其接触应力的影响。研究发现:①当金属密封副的2个椭圆截面长轴正交或重合时,接触应力沿接触环面分别呈“W”型或“M”型曲线分布。2种曲线上波峰和波谷处的接触应力的最值与密封面上的平均接触应力均随着介质压力、初始过盈量和滑套圆度误差的增加而增加; ②当金属密封副的2个椭圆长轴夹角θ为15～75°时,接触应力分布曲线的波峰和波谷的最值和密封面上的平均接触应力先减小后增加,且与θ的关系曲线均关于θ=45°线近似对称。     

井下流量控制阀金属密封接触力学行为的理论与仿真研究

智能井井下流量控制阀(ICV)的金属密封旨在隔离油套管环空的原油流动，其接触力学行为对井下流量控制阀的结构设计和可靠性至关重要。推导金属密封接触应力与其自变量之间的相关理论模型，并利用有限元法研究并验证了金属密封接触应力与其自变量之间的理论关系。为表征密封应力，将金属密封组件与滑套的二维轴对称模型抽象为悬臂梁模型。研究发现：接触应力的理论解和数值解与工作压力、悬臂梁长度、悬臂梁截面高度和悬臂梁端面的水平位移成正比，而与悬臂梁倾角的正弦值和密封面的宽度成反比。各自变量引起的接触应力的理论解和数值解之间的平均相对误差均不大于10%，验证了提出的理论模型是正确的。该模型可为已知油田条件下的金属密封设计提供依据。     

国内不压井作业发展方向探讨

不压井作业技术是在井筒内不用压井液压井而进行作业的一种全新的工艺技术,能够有效解决压井带来的环境污染、产量下降等问题,减少作业周期,提高生产效率,准确反映地层真实数据,为修井等作业带来了新的思路。本文在分析了国内外不压井作业设备发展的基础上,提出了不压井作业未来的发展方向。