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。     

环形金属密封总成密封机理及性能分析

环形金属密封总成是水下井口头系统重要组成部分,其性能直接影响到水下井口头系统的安全性,甚至整个水下油气系统的可靠性。分析环形金属密封总成的密封机制和工作原理,结合有限元分析结果,从密封环在密封过程中的变形情况来分析其密封性能。结果表明:密封环在弹性变形阶段可以实现密封,但对密封环的表面粗糙度和表面质量有很高的要求,在环形密封总成工况条件下无法保证,应避免在此阶段实现密封;密封环在塑性变形阶段能够填补环表面存在的缺陷,实现良好的密封;在塑性变形阶段,密封环接触面的变形情况成为影响密封性能的唯一因素。     

新型密封元件——泛塞^R密封

文章介绍了泛塞＾Ｒ密封的结构、类型、材料、优点及其在各工业领域中的应用。     

压裂封隔器密封系统流体穿透仿真研究

当压裂封隔器坐封成功后,胶筒与井壁表面仍存在微小泄漏间隙,原油、天然气、钻井液等介质在足够大的压差下会穿过间隙形成泄漏,导致封隔器的密封失效。为了从动态的角度研究封隔器胶筒密封失效的本质,建立封隔器流体穿透模型,通过高温下橡胶试样单轴拉伸试验数据与Mooney-Rivlin本构模型进行拟合,获得准确的橡胶超弹性本构模型参数。采用浸入边界法,模拟高压流体穿透封隔器导致封隔器密封失效的整个过程,并通过高温高压胶筒泄漏试验来验证该过程的正确性与准确性。仿真结果表明:封隔器胶筒失效的原因在于过高压力的流体穿透了胶筒与井壁(或套管壁)的接触面,形成了泄漏通道;当第一个密封胶筒失效时,泄漏临界液压值为77. 70 MPa,而高温高压试验井中测得的封隔器胶筒泄漏临界液压值为82. 39 MPa,试验与仿真之间误差值不超过10%,证明了模拟的流体穿透封隔器过程是准确的。     

CO2注入井封隔器早期密封失效机制研究

为了揭示CO_2注入井中性能优良的氢化丁腈橡胶封隔器早期密封失效的机制,根据失效井的特征分析以及CO_2的相态特点,提出实现恒定泄压速度的室内实验方法,并对不同CO_2泄压速度下橡胶表面进行形貌观测和力学性能测试分析。结果表明:随着泄压速度的增加,橡胶表面出现了小气泡、大气泡甚至气泡破裂等龟裂现象,橡胶的密封性能均明显变差;注气井突然泄压时,橡胶内部的气体在短时间内无法渗出,其在内外压差作用下会膨胀形成气泡甚至爆裂,这是造成CO_2注入井封隔器早期密封失效的主要原因。为了防止封隔器的早期密封失效,推荐现场井口泄压速度控制在5 MPa/h以内。     

金属波纹管机械密封特性探讨

阐述金属波纹管机械密封与普通机械密封性能对比,指出了金属波纹管机械的使用特点及适用场合.     

中高压液压元件密封系统的设计

引言液压机械产品对液压元件的需求,促进了液压技术和液压元件制造产业的发展。1958年以后,液压技术在机械工业领域的应用逐步拓展到重型、工程、矿山、冶金、锻压和建筑、农机等机械产业。液压元件的需求量大幅度上升,开始了我国液压工业的建立、健全和发展的历程,带动了橡胶制品工业密封件制作技术的发展。自1965年引进日本油研株式会社的制造技术而建立了榆次液压件厂后,正式确立了液压工业在我国机械工业中的地位。同时,为满足液压工业配套和解决液压机械产品泄漏的需要,密封件作为确保主机液压系统和液压件性能的关键件来组织科…     

高温高压封隔器胶筒密封结构设计

随着深井、超深井的开发,封隔器坐封后将长时间承受高温高压、腐蚀等极为复杂的工况。设计一种封隔器胶筒密封结构,该密封结构根据功能特性选取不同的材料,使封隔器能够满足井下高温高压等较为复杂的工况要求。根据实际的井下极端工况条件,对设计的封隔器进行坐封、密封测试,利用商用软件ABAQUS对胶筒在给定工况下的力学行为进行分析。结果表明：设计的封隔器能够在0.2 MN坐封力、204 ℃温度和70 MPa密封压力下稳定工作;在给定的70 MPa压差下,封隔器胶筒橡胶应力水平未达到材料的屈服点,能够保证封隔器的耐久性和可靠性;橡胶胶筒能够产生大于70 MPa压差的接触应力,保证封隔器能承受70 MPa压差。     

超高压液压元件及系统的密封

一、超高压密封的特点超高压工作条件下的密封机理与中高压相同,都是采取某些技术措施,减小乃至消除液压油的泄漏通道,使系统能够建立压力并达到一定的容积效率。     

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。     

基于Ansys的封隔器密封胶筒性能优化

封隔器密封胶筒在井下实际应用中力学特性复杂,同时需要承受高温高压饱和水蒸汽的强腐蚀作用,故对胶筒材料性能的要求异常苛刻。为改善密封胶筒的结构稳定性及高温高压水耐腐性,以密封胶筒为研究对象开展有限元仿真分析,通过胶筒结构参数、界面摩擦性能和材料特性等因素对其力学特性及密封性能影响规律的比较,提出软硬质材料多层堆叠及环端面金属包覆结构以实现性能优化。仿真结果表明,优化后的结构改善了密封胶筒肩部的挤出现象,增大了接触区域的密封效果,同时阻挡了高温高压水对胶筒的腐蚀。     

O形橡胶密封圈密封性能的有限元分析

利用ANSYS建立了液压系统中液压缸用O形橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析计算了O形密封圈缸筒和轴套的间隙、密封轴套槽口倒角半径、O形密封圈的截面尺寸、橡胶材料参数、初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响。结果表明:O形密封圈缸筒和轴套的间隙对剪切应力的影响很大;轴套沟槽宽度、O形密封圈的截面尺寸和橡胶材料参数对密封面最大接触压力的影响很大;初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都很大;对于本文分析的结构,在其它条件不变的情况下密封轴套槽口倒角半径对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都不大;分析结果验证了长期使用的经验设计。     

油封密封性能的有限元分析

利用大型有限元分析软件ANSYS建立了油封的二维轴对称有限元模型,分析了油封的腰厚、密封圈唇口平面到弹簧槽中心平面的距离以及过盈量3种重要参数对最大接触压力及其分布情况的影响。结果表明,采用该模型计算得到的油封在静态条件下的变形情况以及Von M ises应力分布情况与实际情况基本一致。在其它条件不变的情况下,随着油封腰部厚度t的增加,最大接触压力有递增的趋势,且随着油封尺寸的增大,在增加相同大小的腰厚时,最大接触压力增大的幅度将逐渐趋于平缓;最大接触压力随R值的增大而逐渐减小,且R值的改变对于小尺寸油封最大接触压力的影响较大;增大唇部过盈量,最大接触压力也随之而呈递增趋势,同样小尺寸油封递增幅度要大于大尺寸油封。     

井下V形金属密封环密封性能研究

提出一种适用于井下复杂环境的V形金属密封环,利用压力密封装置模拟40 MPa压差工作环境,研究V形金属密封环在井下流量控制阀中的密封性能。将V形环的力学模型分解为圆筒过盈配合与悬臂梁力学模型进行理论分析,得出密封接触面的应力计算公式,并利用ABAQUS进行仿真验证。建立V形环两种密封面(曲面与平面)的轴对称模型,分析密封环在40 MPa压差下,不同过盈量与倾角对密封性能的影响,并对比2种结构的性能。结果表明,在满足密封性能的前提下,平面密封结构的过盈量取值范围更广,并且在相同结构参数时的接触应力大于曲面密封。确定平面密封结构过盈量与倾角的取值范围,为井下流量控制阀中V形金属密封环的设计提供了参考,应力计算公式也为密封环的设计提供了一个初步的接触面应力。     

组合式弹性片金属密封环密封特性有限元分析

利用ANSYS Workbench软件建立组合式弹性片金属密封环有限元模型,分析密封环初始压缩量、工作压力等对密封环最大Von Mises应力、接触应力大小及接触部位压力分布的影响。研究表明:组合式弹性片金属密封在不受工作压力情况下,顶块与封严片之间并不是完全接触的,不能起到密封效果,但在工作条件下,在一定的预压缩量下其顶块与封严片之间完全接触,满足密封要求;适当增加预压缩量可以提高密封环密封性能,但同时其所受的最大Von Mises应力也增大,当最大Von Mises应力大于材料的屈服极限时密封环会失效。通过计算得到弹性片的安全工作夹角范围,为组合式弹性片金属密封环的设计、安装及使用提供依据。     

温度变化对压裂用封隔器胶筒密封性能的影响

利用ABAQUS分析软件建立封隔器胶筒的有限元模型,分析相同工作载荷及不同工作温度下,胶筒与套管间接触应力及其沿轴向的分布规律;分析升温和降温2种情况下温度对胶筒密封性能的影响,以及考虑胶筒发生扭转时温度对密封性能的影响。结果表明:轴向载荷不变时,随着温度的升高,胶筒的密封性能也随之提高;升温时,除起始温度低于0℃以外,其各温度下升温的温差幅度越大,胶筒的最大接触应力增加幅度越大,胶筒的密封效果越好;降温时,降温的温差幅度越大,胶筒的最大接触应力减小的幅度越大,胶筒的密封性能越差;小角度扭转载荷下,作业温度的升高将提高胶筒的密封性能,但会降低胶筒密封的稳定性。     

潜水器大型舱段三角密封性能有限元分析

以某潜水器大型舱段连接处使用的三角密封结构为研究对象,建立O形圈与三角形沟槽接触的非线性有限元分析模型,仿真分析三角密封结构的橡胶材料硬度、O形圈内径、沟槽倒角尺寸、沟槽圆角尺寸对密封性能的影响规律。结果表明：橡胶材料硬度、沟槽倒角尺寸对密封性能影响较大,O形圈内径与沟槽圆角尺寸对密封性能影响较小;随着橡胶材料硬度的增加,O形圈密封能力增强,但在相同液体压力条件下,橡胶材料硬度越大O形圈应力越高,增大了O形圈被破坏的可能性,因此,在保证密封性能的前提下,要尽可能选取硬度小的O形圈;随着沟槽倒角尺寸的增加,O形圈的密封性能不断下降,同时应力水平也逐渐降低,因此,设计沟槽倒角尺寸时,在保证密封性能的前提下,要尽可能选取大的倒角尺寸。     

单螺杆泵密封压力与举升性能有限元分析

介绍了单螺杆泵腔室内压力产生的原理,提出了单螺杆泵正常工作过程中的密封原则,即相邻腔室压力大于定转子之间的接触压力时,定转子被油液压力撑开,为泄漏状态。同时利用有限元分析软件模拟了螺杆泵正常工作的几个基本过程:油液的吸入,油液的推移,油液的排出。伴随着液面高度的增加,从排出端开始相邻腔室的内部压力差在不断地变大,找出各基本过程中腔室内压力与接触压力的变化关系,得到了举升700m时无杆抽油螺杆泵采油系统各泵腔内的压力分布。     

连续管磨损对防喷盒胶筒密封性能的影响

为研究连续管磨损对防喷盒胶筒密封性能的影响,归纳连续管常见磨损形式并构建其磨损几何模型,以通径为38.1 mm防喷盒胶筒为例,通过实验得到其材料本构模型参数,建立防喷盒胶筒密封连续管的有限元模型;以有效接触应力和最大Mises应力为指标,分析连续管的磨损形式、磨损深度、磨损长度以及偏磨角度对胶筒密封性能的影响。结果表明：连续管偏磨形式对胶筒密封性能影响较大,连续管偏磨段长度大于胶筒高度且偏磨深度大于1 mm时,胶筒密封能力会出现不能满足井口密封要求的情况;偏磨角度会影响胶筒的应力分布,从而影响密封性能。