煤层气带压修井用气胎式环形防喷器设计

为了满足煤层气带压修井快速作业的要求,解决原有环形防喷器胶芯磨损严重,需要频繁更换的问题,设计一种气胎式环形防喷器。该防喷器利用空气压缩原理,实现了油管接箍的快速通过;壳体和胶芯采用顶丝和花键连接,方便胶芯更换。采用有限元分析方法对该环形防喷器的关键部件胶芯的密封性能进行分析,得到胶芯密封压力随控制压力的变化规律,分析胶芯破坏的原因和破坏形式。结果表明:随着控制压力的增加,气胎式环形防喷器的密封压力逐渐增加,当控制核动力为4 MPa时密封压力稳定在7 MPa左右,满足作业中的密封要求;胶芯的中上部位置压力最密集,容易出现溢流现象,应加强该部位的硫化。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

闸板防喷器胶芯密封参数算法研究及结构要素优化

闸板防喷器胶芯密封参数算法研究及结构要素优化林军，伍开松（西南石油学院）１前言闸板防喷器封井，主要由固联于闸板总成的胶芯来完成。工作时，高压油井入油缸关闭腔，推动左右闸板总成，同时向井口中心移动，致使胶芯前部像胶环状部分与钻具以及左右闸板胶芯前部橡肢...     

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。     

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。     

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。     

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。     

连续油管防喷器闸板导向结构优化设计

为提高井控安全设备的使用性能，针对连续油管在结构设计和使用过程中的特殊性，对连续油管闸板防喷器的核心部件——管柱密封闸板总成的导向结构进行了优化设计，其中包括闸板前端导向块厚度、导向角度，底部导向槽的结构尺寸以及与闸板总成配合的导向杆的结构尺寸的优化设计。在保证闸板防喷器密封可靠性的同时，避免了在进行管柱密封过程中对闸板总成和连续油管造成损伤。经导向试验证实，优化后的管柱密封闸板总成的导向能力有大幅提高，增强了连续油管闸板防喷器的安全可靠性。     

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...     

油气井旋转防喷器密封失效分析及对策

在欠平衡钻井过程中,旋转防喷器是关键设备,而密封胶芯是其核心密封元件;旋转动密封现场使用效果除受自身设计限制外还受到很多外在因素的影响。现分析密封胶芯失效形式和旋转动密封失效原因,以指导旋转防喷器的正确使用,为旋转防喷器的优化设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

防喷器控制系统新型液压油过滤装置研制

为保证通油量,常规防喷器控制系统配置的液压油过滤装置精度较低,且过滤装置仅安装在吸油管路和供油管路,造成系统内产生和侵入的污染物随液压油流回油箱,导致液压油污染严重。分析目前常规防喷器控制系统过滤装置存在的不足,如吸油管路配备的过滤器过滤精度低,高压过滤器采用的直通式滤芯纳垢容量较小、易堵塞、不方便快速清洁与更换滤芯,回油管路没有过滤装置等;在常规防喷器控制系统基础上,设计新型在线式回油管路过滤装置和独立式外循环管路过滤装置。现场应用表明,新型过滤装置能够有效提高防喷器控制系统液压油过滤精度,且不影响系统通油量。     

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。     

旋转控制头密封胶芯性能三维有限元分析与结构优化

为提升带压起下钻过程中旋转控制头胶芯密封性能,基于虚功原理得到动态密封过程的有限元控制方程,并进行橡胶单轴压缩试验确立胶芯变形过程中的Yeoh本构模型;运用ABAQUS试验平台建立胶芯三维有限元模型,通过模拟起下钻过程中胶芯动态密封过程,得出密封面上受力分布规律;研究胶芯内锥角、外锥角、内径等结构参数对密封性能的影响....