石油机械中O形密封圈的动密封特性分析

目前对往复运动的O形密封圈密封特性的研究较少,而O形密封圈用于往复动密封时其工况更恶劣。鉴于此,建立了O形密封圈的有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对影响其动密封特性的运动速度、介质压力、预压缩率和摩擦因数进行了分析。分析结果表明,在往复动密封中,O形密封圈内部应力随时间变化而产生波动,在交变应力作用下比在静密封中更易失效;O形密封圈主接触面的最大接触应力并不随速度的增大而线性变化;预压缩率与摩擦因数对O形密封圈外行程密封性能影响较小,而对其内行程密封性能影响较大;O形密封圈在外行程中的密封性能优于内行程。     

隔水管接头O形密封圈密封性能分析

针对海洋石油开采中隔水管接头密封失效会增加大量的钻井成本,钻井液泄漏会污染海洋环境等问题,开展了隔水管接头O形密封圈密封性能的研究,确定了O形密封圈密封失效模式和失效判据。以隔水管O形密封圈为研究对象,利用大型有限元分析软件ABAQUS建立其有限元分析模型,对密封圈在不同工作压力、不同压缩率和不同密封端面角度下的密封性能进行了分析。分析结果表明,压缩率一定时,最大应力随着工作压力的增加而增加,且应力峰区位置逐渐向O形圈被挤入的位置移动;工作压力、压缩率及密封配合端面角度对O形圈最大接触应力有一定的影响,正常使用范围内,能够保证O形圈的正常密封性能;一定在压缩率范围内,剪应力随着压缩率的增加而增大明显。分析结果可以为隔水管接头O形密封圈的优化设计提供参考。     

井下工具用O形密封圈密封参数选配

井下工具的密封以O形密封圈为主。文章介绍了影响其密封性能的因素，即O形密封圈的压缩率、拉伸量和密封处孔与轴的配舍精度。决定这些因素的是O形密封圈及其安装沟槽的合理选配。文章给出了其选配参数计算式。     

特殊密封面O形圈非标密封槽结构研究

针对恶劣环境下卡爪式水下连接器工作可靠性问题,对连接器的环境外压密封性能进行研究。通过对现有连接器金属密封圈上O形密封圈沟槽进行分析,指出原标准密封槽的改进方向,即对O形密封圈提供很好固定且有一定容纳空间。在现有标准密封槽基础上,提出一种特殊密封面O形圈非标密封槽结构,根据设计的沟槽参数,对O形圈的密封性能进行理论计算,验证了非标沟槽的可行性。最后对具有非标密封槽的金属密封圈进行外密封性能试验研究,验证了该非标密封槽在正常工作环境及恶劣工作环境下的外密封性能。     

压裂泵往复密封性能及机理研究

根据流体动压润滑理论，对压裂泵柱塞密封摩擦副的润滑机理进行了理论分析。在排出和吸入行程，柱塞密封摩擦副均能满足流体动压润滑的条件，即在柱塞与密封界面上能形成并保持一定厚度的油膜润滑密封，从而达到减小摩擦提高寿命的目的；建立了摩擦界面油膜厚度和泄漏量的计算公式。利用有限元法理论，对密封圈的压力沿轴向的分布规律、泄漏量与压力变化关系进行了模拟计算。对往复密封圈沿轴向压力分布、泄漏量随压力变化进行了测试；试验结果表明，建立的计算模型具有较高的计算精度，揭示了压裂泵的密封机理。     

牙轮钻头流体动压密封圈的实验研究

在自建钻头密封实验机上，对不同类型密封圈的动摩擦性能进行了对比实验，然后较系统地进行了牙轮钻头流体动压密封的摩擦性能和密封性能实验。实验结果表明，新型流体动压密封圈的摩擦特性、密封特性良好；在高转速下密封寿命仍然较长，值得推广应用。     

海底油气管道维修夹具密封能力影响参数

针对影响夹具密封能力的相关因素开展分析。影响夹具周向密封能力的因素包括密封圈与管道间距离、摩擦因数、分割环与管道间距离。影响夹具轴向密封能力的因素为摩擦因数。基于夹具密封结构,利用有限元软件Abaqus对影响密封能力的因素开展有限元建模及模拟计算,并对模拟计算结果开展分析。摩擦因数、分隔圈与管道间距离、密封圈与管道间距离的增大不利于增强夹具的周向密封能力,设计时可适当减小相关参数。摩擦因数对夹具的轴向密封能力基本没有影响,设计时可忽略摩擦因数对轴向密封的影响。所开展的工作能够为后续海底油气管道夹具密封结构设计和应用提供有益指导。     

牙轮钻头耐高温扁平橡胶密封性能研究与应用

牙轮轴承常用金属密封不仅对振动敏感、密封力不足,而且制造成本高,占用空间大,密封件受力和变形不均匀。为此,研制了一种密封性能好且寿命长的新型高温牙轮钻头扁平橡胶密封圈。通过结构方案设计与HNBR、NBR两种材料的性能分析,以及HNBR本构参数的研究与确定,建立了密封圈三维瞬态热力耦合分析有限元模型,基于此模型对新型密封圈和O形圈的密封性能展开了数值模拟对比研究,将新型密封圈进行了现场应用并分析了使用效果。研究结果表明:在高温高转速工况下,新型橡胶密封圈较O形圈工作寿命更长;现场使用过的密封圈无严重损伤,仍可继续使用。研究结果可以为牙轮钻头高温密封件的设计及应用提供新思路。     

水下采油树S密封结构优化与试验研究

S密封作为水下采油树的非金属密封圈，是水下安全生产的关键部件之一。以S密封为研究对象，进行了结构和密封机理的研究并对其结构参数进行优化。通过建立有限元仿真模型，研究了密封圈截面长度、截面宽度、弹簧直径及圆弧半径等参数对密封圈性能的影响规律，并根据影响显著性采用响应面法对密封圈的关键结构参数进行优化分析，以最小等效应力与最大接触应力为目标，对密封圈结构参数进行优化。将优化后的S密封与优化前进行对比，结果得出在安全性能和密封性能上S密封均有显著的提升；最后通过静压试验对S密封进行了密封性能测试，试验结果表明S密封满足密封性能要求。研究方法和结果可为S密封以及其他类似结构密封圈的结构优化提供理论依据及数据参考。     

智能钻柱关键密封技术研究

为解决目前电动钻井智能钻柱电传输安全技术问题,针对智能钻柱上卸扣自动密封与核心件高压泄漏等问题,根据使用环境与工艺要求,选取出一种适用于智能钻柱的核心件旋转动/静密封结构,通过对初始压缩率、介质压力、插针和插座旋转壳体旋转速度等影响密封性能的主要因素进行有限元分析,进一步完善、提高了密封结构旋转密封性能。最后,通过试验测试验证了其合理性与使用效果。结果表明:初始压缩率为17%时密封圈的密封性能较好,因双三角滑环起到挡圈作用致使该密封结构能够耐住10 MPa高压,插针旋转壳体或插座旋转壳体旋转速度在2 rad/s以下密封性能最好。选用带三角滑环的O型圈组合密封并优选该密封结构相关参数,有效地解决了智能钻柱关键密封问题,从而确保电动钻具的电信号和动力能够高效快速的传输,进一步推动了智能钻柱的发展。     

旋转控制头胶芯性能的影响因素分析

为了研究旋转控制头胶芯配方及胶芯的使用和储存温度对其密封性能的影响,基于虚功原理应用橡胶单轴压缩试验确立了胶芯变形过程中Yeoh本构模型,利用ABAQUS软件建立了旋转控制头胶芯动态密封仿真模型,讨论了摩擦因数、材料配方及温度对旋转控制头胶芯密封性能的影响。分析结果表明:采用Yeoh本构模型能够较好地拟合胶芯材料的大变形现象;胶芯的密封性能随着摩擦因数的增大而增强,但摩擦因数过大会加速胶芯失效,推荐胶芯材料摩擦因数为0.40;低温储存和运输过程对旋转控制头胶芯的力学性能影响不大,但在使用前需做充分预热处理;高温环境下,胶芯材料的拉伸强度随温度的升高先降低后增加,在65℃左右降到最低。所得结果可为提高国产旋转控制头胶芯的性能提供参考。     

自膨胀封隔器密封性能影响因素分析

封隔器胶筒密封性能的研究关键就是胶筒与井壁之间的最大接触压力。以YZF51/2″×203×3000型遇油膨胀封隔器为研究对象,利用有限元软件分析了胶筒橡胶硬度、井壁摩擦因数以及工作压力对胶筒与井壁的接触压力以及胶筒应力的影响。分析结果表明,随着橡胶硬度的增加,胶筒与井壁间最大接触压力增加,密封性能增加;井壁摩擦因数较小时,胶筒与井壁间最大接触压力随着摩擦因数增加显著,但当摩擦因数大于0.15后,其对接触压力影响较小;工作压力应该控制在90 MPa以内,即工作压差在30 MPa以内,封隔器能够实现安全密封。研究结果可指导自膨胀封隔器胶筒的优化设计以及自膨胀封隔器的现场应用。     

含腐蚀缺陷的水下连接器密封圈性能分析

密封性能是水下连接器的设计难点,实现密封的核心部件是金属密封圈.为了分析腐蚀对金属密封圈密封性能的影响,利用SolidWorks建立含有腐蚀缺陷密封圈的水下连接器三维仿真模型,导入ABAQUS进行有限元分析,得到连接器在不同工况下的密封圈应力云图,进而可以得到连接器临界密封功能失效状态.只有当预紧力足够大,使得密圈接触...     

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。     

磁记忆信号用于高压金属密封的密封性检测

为了实现金属密封圈密封状态的在线检测和早期诊断,采用金属磁记忆检测技术监测法兰螺栓所受应力。法兰受内压作用时,金属密封圈弹性变形量发生改变,从而使螺栓所受应力发生改变,因此可由螺栓所受应力判断金属密封的密封状态。磁记忆检测结果分析表明,金属密封环的密封性与螺栓应力状态相关联,可通过检测螺栓应力状态反映金属密封环的密封性;便携式磁记忆监测装置可以很好地同时监测法兰盘上多个螺栓的应力状态,进而实现对密封圈密封状态的快速在线检测。通过对磁记忆检测结果的分析,结合螺栓应力状态与金属密封性之间的关系,得到了高压金属密封密封性失效的磁记忆判定准则。     

加有单侧挡圈的O形密封圈有限元分析

借助于有限元软件MSC．MARC建立了某推进系统密封结构中辅助密封圈的二维轴对称模型,分析了该结构在安装和使用时的接触变形、接触面上的接触应力分布等,并与实际工况及前期的研究成果进行了对比。初步确定了O形密封圈及挡圈的易失效区域,验证了其接触面上的接触应力随介质压力的增加而增加的结论。研究结果表明,加有单侧挡圈的。形密封圈不但密封性能好,而且能有效防止密封圈的挤出。此分析可为承受高压的辅助密封圈的结构优化设计提供一些理论基础。     

C形密封圈结构的有限元分析

针对C形密封圈大变形和非线性特征,考虑其由橡胶和钢组成的复合材料模式,利用ANSYS对C形密封圈在快开盲板中安装和使用的高度非线性接触问题建立影响密封性能主要因素的分析模型,分析了接触压力随各个参数的变化规律.其结果对提高C形密封圈的研究设计水平,改善密封圈的性能具有一定的理论意义和指导作用.     

深水生产滑套密封设计及试验

目前常规生产滑套的密封元件大多采用橡胶制造,在滑套开启和关闭过程中,随关闭套一起移动,因而容易磨损,使用寿命短。论述了深水生产滑套对密封件的基本要求、常用几种密封材料的性能对比以及常用密封形式(V形密封组、T形密封圈和U形密封圈)。针对深水生产滑套面临的复杂工况,结合各种密封圈的密封特点设计了密封组合,并介绍了密封组合的特点。分别对每个密封单件进行压力测试,并对密封组合反复进行承压能力测试。测试结果表明,在温度150℃、压力60 MPa的工况下,V形密封组、U形密封圈及T形密封圈单件承压稳定,密封性能良好;在同样工况下长达300 h的介质浸润过程中,密封组合能正常运动50次并密封住60 MPa的压力。因此,密封结构设计合理,能满足深水生产滑套的工况要求。     

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。     

油管悬挂器U形金属圈密封性能研究

在油气开采向深水、高温、高压环境发展的大趋势下,密封技术决定了水下生产系统的可靠性和安全性。 设计了一种水下油管悬挂器出油口处U形金属圈,以密封性能和结构强度2个评判指标来评定金属密封圈的性能。参考AMSE Ⅷ-2中的结构塑性垮塌分析和局部失效的分析方法,结合有限元数值模拟研究U形金属圈在1.5倍额定工作压力的测试压力下的密封性能和结构强度。结果表明:在预紧和生产工况下,U形金属圈的密封性能满足设计要求,其接触唇有效接触宽度上的接触压力均满足预紧比压和工作比压要求。在测试工况下,密封圈整体结构满足防止塑性垮塌和局部失效评定的要求,但密封圈接触唇处易发生局部失效,应重点设计其接触唇的圆弧曲率半径。