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.     

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。     

磁力泵密封壳可靠性稳健优化设计研究

为实现磁力泵密封壳的可靠性稳健优化设计,本文在可靠性优化设计理论的基础上,结合敏度分析与稳健设计理论,提出了基于敏度分析的可靠性稳健优化的设计方法。在应力、强度及其他随机变量均服从正态分布的条件下,推导出密封壳优化设计的数学模型。以某型号磁力泵密封壳为例验证提出方法的可行性与实用性,为工程实际中同类产品的设计提供了一定的方法指导。     

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.     

封隔器胶筒关键因素分析及创新概念设计

胶筒密封的失效会给石油开采工艺带来难以估量的损失。在获取用户对密封胶筒可靠性需求的基础上,通过二元比较和多粒度粗糙集集成的方法计算用户需求的耦合权重,应用产品规划质量屋(Quality Function Deployment,QFD)将用户需求转换为技术特性,最终识别出影响胶筒密封可靠性的关键因素并确定其重要度,运用模糊聚类分析将胶筒密封可靠性影响因素进行归类。最后,应用TRIZ理论对胶筒进行创新设计。该文对于研究提高胶筒密封可靠性的措施和对胶筒进行可靠性设计具有重要意义。     

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。     

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。     

基于MatLab的圆柱螺旋压缩弹簧模糊可靠性优化设计

针对传统优化设计的局限性,通过应用模糊设计理论和可靠性设计理论,建立了圆柱螺旋压缩弹簧模糊可靠性优化设计的数学模型;给出了算例并采用MatLab对其进行优化。研究表明：模糊可靠性优化设计与MatLab相结合在弹簧的优化设计方面具有很好的应用效果。     

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。