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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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...     

球形防喷器胶芯失效分析

球形防喷器胶芯是井控设备中的易损件,弄清胶芯的失效形式和原因对于提高其使用寿命和可靠性具有重要意义。根据球形防喷器的工作原理,分析胶芯在几种典型工况下的受力与变形规律;结合现场使用情况,总结出胶芯的主要失效形式有:胶芯上表面开裂和层块状脱落;胶芯内壁大块脱胶;胶芯底部与活塞接触处橡胶开裂;胶芯不能密封住井底高压流体;封井后胶芯不能及时恢复等。综合分析上述各种失效形式后,认为提高球形防喷器胶芯的密封可靠性和性能,应主要从胶芯材料和结构方面入手,即应优化胶芯和支撑筋的结构形状和尺寸,降低胶芯中的峰值应力;应改进胶芯橡胶材料配方和硫化工艺,提高橡胶的抗拉性能、扯断永久伸长率、耐油性能、抗老化性能等。     

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。     

过油管防喷器胶芯的模糊可靠性优化设计

过油管防喷器密封胶芯是油田作业井带压起下施工的核心密封部件,其结构设计关乎整体密封质量和使用寿命.运用模糊可靠性优化理论,在保证实现密封的前提下,以胶芯体积最小为目标函数,以其设计参数为设计变量,考虑胶芯接触应力的模糊可靠性和简体几何尺寸的综合约束,完成了胶芯模糊可靠性优化设计,获得了符合要求的胶芯筒体最优解,克服了传统优化设计的不足,为模糊可靠性优化设计理论在油田装备设计与改造工作中的应用与推广提供了实例.     

带压作业修井机油管管箍检测技术研究

传统的压井和放喷作业不利于油气资源的可持续发展,这就需要用全新的方式去对待井下作业,带压作业修井机能较好地满足这一要求。环形防喷器是实现带压作业隔离井内高温高压的关键部件,当提升或下入管柱,管箍通过环形防喷器时,要对管箍进行检测。对油管管箍检测技术进行了理论分析和实验验证。此技术可以延长环形防喷器胶芯的工作寿命,节约成本,提高了带压作业的安全性和可靠性。     

基于实验的旋转控制头胶芯密封面寿命优化

欠平衡钻井起下钻过程中,旋转控制头胶芯受到交替循环载荷易发生疲劳失效。首先对旋转控制头的密封原理进行分析,得出了动态密封过程中胶芯的受力情况。然后对胶芯材料进行拉伸试验,确立了变形过程中Yeoh本构模型。再应用Abaqus软件建立了胶芯动态密封有限元模型,进行了起下钻过程中胶芯密封过程的模拟以及影响胶芯密封面疲劳寿命的因素进行了优化分析。对胶芯内径进行了优化,对不同外径钻杆应搭配的胶芯内径尺寸进行优化,得到了常用钻杆最优的钻杆胶芯组合。还对不同井口压力作用下钻杆下放和上提速度进行了优化,井压越大越容易造成胶芯疲劳失效,得出了不同压力条件下钻杆的安全下放和上提速度。最后按照中国标准在中国国家石油工业井控设备质量监督检验中心进行了室内密封试验以及现场应用试验证实了有限元优化的可靠性,对提高胶芯使用寿命和油田作业安全具有重要现实意义。     

基于PTC Creo的环形防喷器Top-down设计

为实现防喷器参数化和系列化设计,提升设计质量和效率,在PTC Creo软件平台上,运用Top-down方法设计球形胶芯环形防喷器。通过概念设计、骨架模型设计和组装设计,实现设计参数从顶层(布局)向底层(模型)的无缝传递,进而实现设计参数对模型几何的控制。利用PTC Mathcad软件完成防喷器设计计算并与PTC Creo进行数据交换。在此基础上,通过建立参数表实现对35 MPa的某系列球形胶芯环形防喷器系列化设计。设计表明,Top-down方法具有更高的效率,更易于参数的修改,更有利于系列化产品的快速开发。     

基于磁法的油管接箍检测研究

油管接箍检测装置是实现不压井作业过程中对油井保压密封的核心环节。采用磁法检测原理研制的螺旋电感线圈可准确检测到油管接箍的位置,依此控制环形防喷器的动作。既保证胶芯不被损坏,又保证井口密封。首先借助Ansoft电磁场有限元分析软件,分析了电感线圈的参数对检测效果的影响规律。包括电感线圈的骨架高度、骨架内径、线径大小、匝数。试制电感线圈并试验验证了仿真结果的准确性。     

液压传感式油管接箍起下通过器的研究和应用

油管起下作业时,若油管接箍直径不大于管径,强行通过会造成环形防喷器中密封胶芯过早损坏。液压传感式油管接箍起下通过器可准确快速打开环形防喷器,保证油管接箍顺利通过。详细介绍了液压传感器油管接箍起下通过器的技术方案和具体实施方式。     

螺栓损伤对环形防喷器密封的影响及维修建议

防喷器是钻井工程重要的安全装备,系二级井口设备中的重要设备。防喷器的安全性不仅影响钻井作业的安全进行,而且影响着钻井作业人员的安全。目前针对防喷器的管理依据是SY/T 6160《防喷器检查和维修》,该标准规定了由螺栓损伤数量导致的防喷器判废指标。目前这一判废指标主要基于工程经验,关于具体数值的计算还未见相关研究,文中利用有限元方法开展螺栓损伤数量对环形防喷器密封性能的影响分析,从数值分析角度来验证《防喷器检查和维修》中有关螺栓损伤判废条款的合理性。     

带压作业可控柔性密封研究

为改善带压作业开关密封系统的性能和提高工作寿命,提出了由橡胶和聚合物材料组合的开关柔性密封结构,该密封由2个半环组成.建立了橡胶和聚合物材料组合密封模型,利用有限元方法对组合密封胶芯进行了非线性计算,胶芯整体受力和变形状态满足设计要求,该方法可用于开关柔性密封的优化设计.利用带压作业试验台和油田现场带压作业设备,进行了密封胶芯磨损试验,试验结果证明,组合密封胶芯在水润滑状态下的工作寿命得到很大提高.     

新型自封封井器的研制

海上油田洗井冲砂作业过程中,需使用自封封井器实现管柱上下活动过程的动密封,但常规的自封封井器由于压盖的压紧力不同,造成起下管柱的摩擦力和胶芯的密封力之间相互制约。针对上述问题,研制了新型自封封井器。顶丝总成取代了常规自封封井器结构上的压盖和压环,优化胶芯设计结构,密封段分为主密封段、辅密封段和R腔三部分,胶芯胶料以氯丁像胶、氯醚橡胶添加进口胶烟片一号为主,采用注胶工艺压制。地面条件下密封性能试验结果表明,新型自封封井器胶芯密封耐压达20MPa,上下法兰钢圈槽密封耐压达21~28MPa。     

2FZ28-21轻型闸板防喷器的研制

此次2FZ28-21轻型闸板防喷器的研制是在以往设计经验的基础上,从轻量化设计的角度出发对闸板体结构、侧门开启方式、液缸结构进行设计方案的优化选择,并且参照相关标准要求,应用有限元分析方法对该闸板防喷器的主要承压件进行强度校核,设计出了一套全新的2FZ28-21轻型闸板防喷器。经轻量化设计后的轻型闸板防喷器比同型号普通型闸板防喷器整机的外形尺寸明显减小,整机减重49.7%,并且试制出的样机已通过了API 16A标准要求的各项试验,可满足作业现场的使用要求。     

基于流体渗压的气密封检测工具胶筒密封性能研究

针对3?"气密封检测工具胶筒的密封性问题,基于流体渗压原理,利用有限元法建立了胶筒及与之接触部件的几何模型和接触关系,以胶筒实际所受载荷顺序,先后施加了胶筒坐封载荷和流体渗透载荷,以此为分析步,设计正交试验,计算了不同结构参数组合下胶筒的压缩密封情况,优选出了最佳尺寸胶筒,并对优选胶筒和配套使用的3?"气密封检测工具进行实物加工后,进行了胶筒密封承压能力试验,试验结果显示,所设计的胶筒至少满足10 MPa以内的密封性检测要求,研究表明,基于流体渗压原理的有限元法分析方法可初步模拟得到实际坐封载荷下胶筒的极限环空密封压力。研究方法为气密封检测工具胶筒结构设计和胶筒密封性能研究提供了新的思路。