膨胀套管接头柱面密封结构密封性能分析

为了研究影响膨胀套管接头柱面密封结构密封性能的因素,采用有限元显示动力学分析方法,对构建的膨胀套管接头柱面密封结构的膨胀过程进行有限元仿真和分析,得到了无载荷工况、内压和金属密封面初始间隙对套管接头密封性能的影响规律。结果表明：在无载荷工况下,套管接头膨胀后金属密封面间接触力为零,不具备密封性能;在0～30 MPa范围内,施加的压力越大,膨胀后金属密封面间的接触力越大,密封性能越高;金属密封面初始间隙对套管接头的密封性能影响最大,当金属密封面初始间隙在0.1～0.4 mm范围内减小时,套管膨胀后密封面上的接触力逐渐增大,柱面密封结构的密封性能逐渐提高。分析结果可为膨胀套管接头密封性能优化设计提供参考。     

水下井口连接器密封性能影响因素分析与优化

水下井口连接器作为连接高压井口与水下采油树、防止井内高温高压流体泄漏的关键设备,其承受着极其恶劣的载荷作用。为研究内压工况下流体渗透压力对井口连接器金属-金属密封的影响,以自主研制的井口连接器为对象,考虑流体渗透压力对VX钢圈密封性能的影响,运用ABAQUS软件分析了井口连接器在预紧和内压工况下的密封性能,探究了预紧力、介质压力、密封圈材料性能和结构参数对其接触应力的影响规律。研究结果表明：轴向预紧力是影响连接器密封性能的重要因素,在保证连接器结构强度下应尽量增大预紧力;随着内压的增大,上密封面的接触应力增加,趋势与下密封面相比较增加速率变低,且下密封面接触应力大于上密封面;316L不锈钢满足密封准则,用其作为密封圈材料更为经济;最优密封锥面锥角α为22.75°,最优密封面宽度b₀为28mm。所得结论可为其他类型水下井口连接器的密封结构设计提供依据。     

管壳式热交换器带隔板管箱法兰的泄漏分析及预防措施

文章以多管程、管程进出口温差大、压力高、夹持管板的U形管或浮头式热交换器为对象,在分析法兰密封机理、管箱温度及周向温度梯度、内压、分程隔板对垫片残余压紧力影响规律的基础上,总结出管箱周向温度梯度和隔板的影响是使垫片残余压紧力的分布发生显著改变的主要原因,也是导致垫片局部区域压紧力明显下降以致不满足密封要求的主要因素,从而找到了这类热交换器容易发生管箱法兰密封面局部区域泄漏的必然原因,并相应地提出了防止该类泄漏的预防性和补救性措施。     

钢管水压试验机水路阀门密封面设计

阐述了钢管水压试验机水路阀门密封面密封原理,并分析了造成泄露的两个主要因素为密封副之间存在间隙和密封副两侧存在压差。指出阀门密封面应根据工艺条件、流体介质性质、工作温度、压力和阀门通径等技术参数进行设计,给出了密封面设计参数的计算方法,并通过计算得出了密封面宽度和密封力对密封面密封性能的影响,同时分析了使用水介质情况下,影响密封面密封性能的相关因素。     

海洋水下井口装置密封技术研究

密封技术是水下井口装置的关键技术之一,密封性能的优劣直接影响并决定整个海洋石油开采系统的安全性和可靠性。介绍了国内海洋水下井口装置密封技术现状,尤其对美国VetcoGray公司的VX、VX-2、VGX、VGX-2、VT、VT-2等垫环密封和SG-LTR环空密封、DrilQuip公司的环空密封以及Aker公司的环空密封的结构技术参数和性能特点进行了重点分析研究。同时阐述了海洋水下井口装置密封的设计与制造关键技术。指出井口头密封的双密封面结构和球面密封面结构技术先进;环空密封的全金属密封、压入安装方式具有承压高、工作可靠、寿命长的优点。最后建议借鉴国外海洋水下井口装置密封的结构特点,加大科研力度,做好试验设施建设,以推进海洋水下井口装置国产化进程。     

牙轮钻头用新型单金属浮动密封研究

通过建立新型单金属浮动密封有限元模型,对比分析了不同结构的支撑橡胶环和容槽对密封面接触压力大小和分布的影响,分析结果说明改进支撑橡胶环和容槽结构参数对提高密封性能作用显著;采用宽端外径大于窄端外径的静环,对增加动密封接触面积、降低接触压力、改善动密封面接触力分布作用明显。最后指出在静环密封面上开出参数适合的斜面能有效改善动密封面接触压力的分布状态,不但使接触压力分布更为均匀,而且能使最大接触压力出现在润滑脂一侧,有效地降低动密封面的磨损。     

法兰连接中螺栓预紧力及垫片密封性的研究

对压力管道法兰连接中螺栓的受力、预紧力的计算方法进行了分析,研究了垫片的密封性能,包括基本密封特性、压力-回弹特性、垫片的厚度和宽度效应.得出了法兰连接时,连接点的泄漏与螺栓预紧力、密封面状态、使用工况、垫片等有关的结论.     

特殊螺纹气密封性能评价研究

针对特殊螺纹实现高气密封能力的问题,基于密封接触应力分布及其变化规律建立了锥面对锥面主密封过盈接触应力以及井下载荷工况下扭矩台肩面实际接触应力计算模型,并且基于密封接触能机理和密封面极限屈服条件建立了特殊螺纹气密封性能定性评价方法。以锥面对锥面主密封为例,对比分析了7种井下载荷工况对密封面平均接触应力、密封接触长度以及主密封面和台肩面的密封性能影响规律,绘制了防泄漏安全系数为1.0、1.5和2.0时锥面对锥面密封结构的密封包络线。结果表明:轴向拉伸载荷和环空外压会降低主密封结构和台肩面密封性能,轴向压缩载荷和油管温度升高有利于提高主密封结构和台肩面密封性能,而气体内压对主密封面接触应力有自增强效应,但会降低台肩面接触应力;控制合理环空内压以及上扣时台肩面作用扭矩有利于减小井下载荷工况对油管特殊螺纹密封性能的影响;绘制的密封包络线可以方便地设计锥面对锥面密封结构参数。     

牙轮钻头SEMS2单金属浮动密封结构的改进

为了解决单金属浮动密封结构复杂和研制困难的问题,提出了一种改进型单金属浮动密封结构(GSEMS),它采用1个异形橡胶密封环代替O形橡胶圈和支持橡胶环,简化了密封结构,也减轻了它与轴颈之间的磨损。采用有限元软件对第2代单金属浮动密封(SEMS2)和GSEMS进行装配过程模拟,结果表明,两者在密封面上具有相近的受力分布和密封能力,能使用较软的橡胶材料得到较大的密封力,减小了静环内锥面和橡胶之间的缝隙,具有良好的密封性能。     

焦化热油泵机械密封泄漏分析与对策

通过热油泵机械密封升级,沧州炼化焦化装置将9台热油泵进行了材质和结构升级。机械密封升级改造后使用效果不太理想,辐射进料泵、分馏塔底循环泵、蜡油泵频繁出现机封泄漏。通过现场观察,机封泄漏主要是密封油外漏。打开泄漏机封发现密封面静环存在崩边现象,蜡油泵机械密封波纹管存在结焦现象。分析机封泄漏原因,认为现场封油系统压力偏高;机械密封密封面的损坏可能由于封油品质差导致;机械密封波纹管结焦导致其紧力不足,上述原因导致机械密封泄漏。通过实施调整密封油压力,机械密封的重新选型,摩擦副材质升级,提高机械密封波纹紧力,机械密封密封面变窄,管更新辅助系统,疏通机泵大盖冷却水等措施,基本达到了高温热油泵机械密封无泄漏。     

一种简易高压注气管柱的探讨与应用

鉴于国内高压注气管柱投入过高的状况,在现有注气管柱设计的基础上,针对中原油田高压注气现状,设计出一种结构上更为简单的注气管柱。通过受力分析及地面试验,对该管柱结构的合理性、承压状况及气密封性能进行了论证,结果表明:所设计管柱可完全满足高压注气承压及气密封的技术要求;管柱在现场油套环空替入平衡液的情况下,最高井口承压达62MPa,稳定承压56.5MPa,最高气密封压力达51.5MPa,稳定工作时间在半年以上。设计的简易管柱完全可满足小断块油田高压注气的要求。     

微流量控压钻井中节流阀动作对环空压力的影响

为解决窄安全密度窗口的复杂压力剖面问题,基于质量守恒方程及动量守恒方程,建立了节流阀动作引发的环空波动压力模型,并应用中心差分法对模型进行了求解。研究表明,随钻井液排量增大、节流阀动作时间减小,环空所受波动压力呈增大趋势;阀芯所受波动压力大于环空段;钻井液排量从36 L/s增至56 L/s时,阀芯所受波动压力峰值从1.26 MPa增至1.56 MPa,钻铤段波动压力峰值为0.22 MPa;节流阀动作时,套管鞋处引发故障的概率比井底高至35%。研究结果表明,两步、多步线性关阀较一步关阀,不但关阀手段灵活,更可有效减小环空波动压力峰值。      

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。     

一种新型井下防漏失板阀研制

阀板式防漏失阀可以防止井筒工作液漏失,避免储层污染。现有的阀板式防漏失阀对开关载荷敏感,且对阀耳的强度要求高。研制了一种新型防漏失板阀,提高了阀板打开的可靠性。介绍了设计原则及阀板结构。采用有限元法分析阀板和阀座分别在5.0、17.5和35.0 MPa的液体压力下接触面的密封情况,其平均接触压力分别为6.3、263、400 MPa,满足密封要求。以柴油为介质,在常温、高温下测试该阀的金属密封性能,符合要求。新型阀板式防漏失阀更加适用于固相含量高的复杂油井,具有推广应用前景。     

超高压防气窜尾管固井回接装置关键技术

高压油气井尾管固井易发生环空气窜,采用常规回接技术不能解决环空气窜问题,为此,进行了超高压防气窜尾管固井回接装置关键技术研究.通过分析回接插头密封组件、封隔器类型、封隔器防退及防提前胀封等关键设计技术,设计了一种回接插头与封隔器一体、使用安全、密封能力达70 MPa的超高压防气窜尾管固井回接装置.根据该回接装置的结构特点和现场施工关键环节,制定了合理的施工工艺和技术措施,提出了扫上水泥塞、磨铣回接筒、试插等易出问题关键环节的工艺要求,并给出了更精确的浮力变化计算方法.该回接装置在四川地区8口高压油气井尾管固井回接或短回接进行了应用,均未发生气窜.现场应用结果表明,该回接装置操作简便、安全可靠、封隔效果好,能够有效解决高压油气井尾管固井环空气窜的难题.      

采气闸阀密封面喷焊工艺及性能

采气井口闸阀在含硫天然气介质中工作，密封面失重腐蚀、应力腐蚀及磨损是其主要失效形式。采用2Cr13钢为基体，用氧－乙炔火焰喷焊工艺在阀板、阀座密封面上喷焊镍基自熔性合金粉末，可获得性能优良的表面防护层。喷焊层抗摩擦磨损及磨粒磨损性能与镀硬铬件相同；在5％和10％H2SO4恒温溶液中的腐蚀速率分别是镀铬件的1／14和1／16，具有优良的抗蚀性；喷焊层抗拉强度为218～294MPa，与基体的结合强度相当，完全满足采气闸阀密封面的使用要求。     

双楔角环垫法兰接头密封性能研究

螺栓法兰接头的泄漏直接影响工业生产安全及环保达标,其密封性能的提高和研究具有重要意义。针对双楔角环垫法兰接头,利用有限元分析软件ABAQUS分别进行了预紧、操作工况下的密封性能分析。研究结果表明,在螺栓预紧力、内压及端部载荷的作用下,垫片在操作工况的接触应力整体略高于在预紧工况的,主法兰最大应力出现在凸出端,从法兰最大应力出现在与垫片配合使用的台阶处,法兰最大位移及转角均发生在操作工况下,各部件均满足强度及刚度要求且垫片最小接触应力满足密封所需的要求。     

海洋生产立管接头特殊螺纹有限元分析

为了适应海洋水下生产立管的苛刻工况,设计了一种顶端张紧式生产立管螺纹接头,并采用有限元接触分析模型对该接头进行了相关的力学分析。通过Abaqus有限元软件计算对比了接箍螺纹与管体强度,模拟立管的上扣过程,计算最佳上扣扭矩,研究了该模型在上扣扭矩、上扣和内压、上扣和拉伸、上扣和拉伸及内压四种载荷下的密封性能。有限元分析结果表明,密封面接触压力随内压的增加而增加,单轴拉伸载荷使得密封面的接触压力有所减小,拉伸载荷和内压共同作用时密封面上的接触压力呈增加趋势,但是增加的幅度要比仅受内压作用时小。该海洋生产立管特殊螺纹的强度优于管体,密封性能可靠,满足设计要求。     

抽油井防盗防气一体化技术

文留油田由于气油比高、液面高,油井能量较充足,一些不法分子常从套管偷油窃气,影响油井正常生产。针对这一难题,研制了套管防盗油密封阀,并配套应用了井下油气分离器与气举阀助流举升工艺技术。当气液经井下分离器分离后,气体进入油套环空,并在上部防盗阀将环空密闭的情况下,压力升高到气举阀打开压力时进入油管,使油套环空压力处于动态平衡状态,从而能够同时解决防盗、防气两大难题。现场应用取得了明显效果,为类似油田开发管理提供了一条新途径。     

多分支井双管完井管柱结构及先导性试验

为了满足采油管柱双管完井需求,实现主、分支井眼的压力隔离和独立开采,开发了自喷井双管完井工艺技术。对工具的关键结构进行了力学性能评价,并对工艺管柱开展了地面功能试验和试验井工程测试。研究结果表明:双管密封锁定接头的最大等效应力发生在螺纹根部,最大应力为620 MPa,小于材料屈服强度930 MPa,安全系数为1.5,满足强度要求。地面测试和先导性试验表明该技术满足现场使用需求,达到了5级完井水平,具备工业化推广价值。