闸板防喷器侧门密封失效研究

侧门是闸板防喷器中的关键部件。建立了闸板防喷器侧门的三维实体模型,用Solidworks有限元分析软件对侧门进行了承载能力分析,考虑了材料的弹塑性特性,分析了侧门密封圈应力应变情况,同时,在侧门承受35MPa均匀压力作用下,得出了原始侧门与改进后侧门的应力、应变和内轮廓的变形量,最后提出相应的分析及其改进措施。为验证设计的可靠性、合理性及进一步改进设计提供了依据。     

手动电缆剪切双闸板防喷器的设计开发

针对普通手动电缆闸板防喷器在井下作业中密封性能差的情况,设计开发了手动电缆剪切双闸板防喷器.通过设计研制剪切闸板和卡紧闸板2个核心部件,不仅能有效防止井喷事故的发生,而且方便后续的打捞作业.该产品结构简单,操作方便,性能可靠,满足了油田井下作业的实际需要,值得推广应用.     

剪切闸板胶心密封特性研究

剪切闸板是闸板防喷器的核心部件,其剪切后的密封可靠性对井控安全至关重要。以ISR型内锁紧剪切闸板和SBR型全封闭剪切闸板为研究对象,通过有限元方法对其进行密封性能分析,并对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化。研究结果表明,在实际工况下,SBR型密封属于静密封,密封结构更好;而ISR型密封在密封过程中,其橡胶密封面受剪切作用,钻屑容易划伤橡胶面,导致密封失效。在无井压工况下,ISR型剪切闸板关井时井口压力低于橡胶接触应力,可实现有效密封;在有井压工况下,橡胶与闸板之间的接触应力增大,密封能力进一步提高,起到助封作用。随着橡胶压缩量增大,SBR型剪切闸板与橡胶之间接触应力呈线性增大。对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化,即采用浮动式密封结构,这样不仅可以减轻密封橡胶的挤压剪切损伤,还能增强密封能力。当下闸板刃口倒角为15°时,下闸板移动过程中橡胶最大剪应力减小,橡胶更安全。     

环形防喷器封井过程的数值模拟

环形防喷器是石油钻井行业常用的重要设备,但是国内在大口径、高压力级别的环形防喷器的设计和制造方面,还不能完全满足生产需要。为此,在建立锥形胶心环形防喷器的三维有限元模型的基础上,通过对无钻杆和φ89mm钻杆2种状态下封井过程的数值模拟,得到了胶心变形时各部分橡胶的运动规律和应力、应变的分布状况,指出容易发生破坏的部位,分析了封井时密封部位接触压力的分布形态和变化规律,为设计和使用环形防喷器提供了理论参考依据。     

机械式可变径清管器结构设计与受力分析

针对在役输油管道结蜡问题,设计了具有射流和可变径的机械清管器。该清管器可以适应管径变化,在弯道处实现拐弯。刮蜡器本体及射流孔的设计能有效解决清管器在运行过程中的卡堵问题,减小运行阻力,提高输送效率。以运行过程中的清管器为研究对象,建立清管器扶正装置的力学分析模型,以及主要承载部件的抗拉、扭转和三轴应力计算模型,结合ANSYS软件仿真分析在管壁压力作用下清管器的力学行为。研究结果表明：设计的清管器满足常规作业工况需要,装配块的应力随着承载力的增大而增大,增大装配块支撑板的厚度能减小其结构应力。     

双闸板防喷器壳体非线性有限元分析

建立了双闸板防喷器壳体的三维实体模型及力学分析模型,用MSC.Nastran有限元分析软件对壳体进行了承载能力分析,考虑了材料的弹塑性特性,分析了壳体的极限承载能力、多种载荷情况下的应力应变情况及进入塑性状态的载荷和塑性扩展区域,为验证设计的安全性、合理性及进一步改进设计提供了依据。     

闸板防喷器密封失效原因及对策分析

针对川渝东部地区高陡地质构造，碳酸盐岩地层，高压、高产、高含硫天然气井特点， 在钻井工程中，一旦发生溢流，要求尽快关井，及时组织二级井控，重建井内压力平衡。闸板防喷器关井速度快、耐高压，是二级井控最重要的设备。文章总结了闸板防喷器使用多年以来，在试验和现场使用中出现过的密封失效问题。通过对闸板防喷器密封失效实例分析判断，根据现场的实践经验，找出了引起密封失效的基本原因，提出了解决办法和对策，以期引起从事防喷器设计、生产、管理、使用人员的高度重视。通过各个环节的把关，消除闸板防喷器密封失效的不利因素，保证闸板防喷器使用安全可靠。     

水下闸板防喷器有限元建模及关井仿真分析

水下闸板防喷器在关井时井筒压力作用下闸板与壳体的相互作用应力复杂。为分析闸板防喷器关井状态时闸板与壳体的受力状态,在建立整套闸板防喷器三维仿真模型的基础上,对其承压壳体及双闸板进行了有限元分析计算。结果表明:防喷器闸板及壳体在额定载荷作用下均满足强度要求;防喷器高应力区域集中在壳体及闸板的接触部位,在防喷器检查及维保中应重点关注,确保钻井作业井控安全。     

15000Psi闸板防喷器装配体弹塑性分析

闸板防喷器是保障钻井安全的重要设备,随着海洋钻井水深越来越深,目前深水钻井均采用15000Psi防喷器。水下15000psi防喷器由多个部件构成,其工作时各个部件受力情况非常复杂。本文采用AnsysMechanical软件,依据API16A、API6X和ASMEⅧDiv.2标准,采用弹塑性分析方法,考虑井口压力、井口载荷(由钻井船等外部条件引起)以及防喷器各个部件之间的相互作用(如接触、螺栓预紧力等),对在15000psi操作工况下的防喷器装配体进行了整体强度分析。计算结果表明,该防喷器是安全的,符合相关标准要求。     

闸板防喷器胶芯密封及损坏机理分析

以闸板防喷器胶芯为研究对象,通过试验确定了胶芯的本构关系,建立了闸板防喷器胶芯与钻杆的三维简化模型,对胶芯与钻杆进行了接触分析。研究了4种不同冲击载荷作用下胶芯与钻杆之间的接触应力分布规律,结果表明,在胶芯与钻杆的接触面上出现了一个长条形的应力集中区,对密封起主要作用;冲击压力的不断增加,使得胶芯与钻杆之间的接触面积不断减小是导致胶芯密封失效的原因,并将该分析结果与油田现场胶芯密封钻杆的实际情况进行了比较,发现胶芯损坏的部位均处于胶芯接触应力集中处。     

带压作业闸板防喷器关键部件的有限元分析

带压作业闸板防喷器的关键部件是密封胶心和壳体,分别采用尼龙与帘线-丁氰橡胶复合材料和合金钢锻件制造。以SolidWorks及Cosmos有限元软件为平台建立了数值模型,对胶心和壳体进行了受力数值模拟计算。计算结果表明,在20MPa的压力作用下,胶心接触压力最大值位于尼龙下端棱角位置,达9.7MPa,橡胶翼板无明显应力集中现象,胶心结构强度满足要求;壳体在系统压力为35MPa时,其内壁最大应力为222MPa,安全系数为2.8,满足设计要求。有限元数值模拟为带压作业闸板防喷器的设计提供了参考依据。     

封隔器卡瓦咬合过程受力模拟研究

文章采用云纹法物理模拟技术和有限元法数值模拟技术相结合的方法,对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律,发现了卡瓦各齿受力不均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响.上述研究结果为改善卡瓦结构、提高工作可靠性提供了实验基础和理论依据.     

旋转防喷器高压旋转动密封技术的探讨

旋转动密封是欠平衡钻井旋转防喷器中的主要部件，从可靠性和经济性为讲，它一般为限制性部件，其影响设备的整体性能。现文通过对高压旋转动密封技术发展的回顾及应用现状分析，提出了在欠平衡钻井旋转防喷器中应用Kalsi高压旋转动密封技术的可行性，为欠平衡压力钻井配套技术研究课题中旋转防喷器的国产化提供了技术支持。     

过油管防喷器密封胶心结构分析与优化

过油管防喷器依靠环形密封胶心实现油田带压起下管柱时的井口防喷控制。利用Solid-works软件建立模型,对其在不同控制压力下的接触压力进行计算,说明胶心对常规油管进行动密封时,圆柱面中间区域是主要密封"工作面",上端面边棱位置应力严重集中且易破坏。以此为基本事件,借助有限元软件优化模块,建立优化目标,完成了胶心尺寸优化,获得最佳长径比为1.7。改型胶心密封性能得到加强,寿命得以延长,对提高油田防喷控制效率有重要意义。     

基于损伤力学变内压条件下水泥环密封完整性模拟

针对变内压条件下水泥环密封完整性失效问题,基于连续损伤力学理论,采用同时考虑水泥石损伤和屈服后应力—应变关系的塑性损伤本构模型来描述实际水泥石的全应力—应变力学性能,研究了水泥石力学性能对密封完整性的影响。研究结果表明,向常规水泥浆中加入弹韧性材料形成弹韧性水泥,降低了水泥环弹性模量,既可以预防微间隙形成和减小微间隙尺寸,又可以预防和减少水泥环拉伸破坏。但并非弹性模量越低,弹韧性水泥密封完整性越好,密封完整性还与水泥环拉压弹性变形性能有关,同等情况下水泥环最大拉压弹性应变越大,其密封完整性越不容易失效。建议根据水泥环的弹性模量和拉压全应力—应变关系来评价水泥环密封完整性。研究结果为水泥环密封完整性评价和水泥石力学性能优化提供了一定依据。     

基于损伤力学变内压条件下水泥环密封完整性模拟

针对变内压条件下水泥环密封完整性失效问题,基于连续损伤力学理论,采用同时考虑水泥石损伤和屈服后应力—应变关系的塑性损伤本构模型来描述实际水泥石的全应力—应变力学性能,研究了水泥石力学性能对密封完整性的影响。研究结果表明,向常规水泥浆中加入弹韧性材料形成弹韧性水泥,降低了水泥环弹性模量,既可以预防微间隙形成和减小微间隙尺寸,又可以预防和减少水泥环拉伸破坏。但并非弹性模量越低,弹韧性水泥密封完整性越好,密封完整性还与水泥环拉压弹性变形性能有关,同等情况下水泥环最大拉压弹性应变越大,其密封完整性越不容易失效。建议根据水泥环的弹性模量和拉压全应力—应变关系来评价水泥环密封完整性。研究结果为水泥环密封完整性评价和水泥石力学性能优化提供了一定依据。     

单金属浮动密封有限元模型研究

针对现阶段橡胶参数理论分析中常用数据与实际橡胶参数值有一定差距,使得研究和分析处于定性阶段的现状,采用理论计算和试验对比的方法确定了单金属浮动密封中橡胶零件参数的准确数值。结果表明,支撑环橡胶材料参数最优值为C10=0.246,C01=0.142,O形密封圈橡胶材料参数最优值C10=0.667,C01=0.318。说明所建立的计算模型能够比较准确地反映实际装配过程中的受力状态,该结论对定量分析单金属浮动密封力学特性具有重要意义。     

变工况时气液两相机械密封端面动压实验分析

在理论分析变工况时机械密封动环密封圈摩擦力和比压的变化 ,以及端面轴向力平衡变化的基础上 ,采用 1GX70非平衡型机械密封 ,在实验室模拟变工况条件下开展了气液两相机械密封端面动压实验。实验结果表明 ,变工况时处于气液两相的机械密封 ,因端面间液膜闪蒸而导致端面开启 ,动、静环不再平行 ,动环密封圈摩擦力增大 ,动环追随性遭破坏致使密封失效 ;机械密封的动压膜压沿收敛间隙呈正弦分布 ,计算变工况密封开启力时不但要考虑密封端面闪蒸造成沸腾区压力的影响 ,还要考虑动压的影响     

复杂构造背景区页岩气富集条件研究——以大巴山前缘地区为例

通过大巴山前缘地区五峰—龙马溪组富有机质泥岩的野外露头、钻井、岩心等资料的研究,对一系列岩石样品进行了显微薄片、扫描电镜、有机地化、孔渗性、比表面积、含气性解析等多项实验测试分析,对五峰—龙马溪组页岩气的富集条件进行了综合研究。结果表明：大巴山前缘地区富有机质泥岩总体处在浅水—深水陆棚沉积环境下,其沉积厚度在40~70 m左右,平均有机碳含量大于2%;有机质类型为腐泥型Ⅰ型干酪根,有机质成熟度多数为0.82%~3.04%,达到高—过成熟阶段;低渗透—低孔特征,并发育多种微观空隙结构。典型钻井解剖分析认为,页岩气保存条件是该区富集条件中最为关键的因素;未被断裂破坏的箱状背斜是最为有利的构造保存条件。     

小钻杆欠扩孔超短半径转向过程仿真研究

为使超短半径水平井技术应用在小扩孔空间内,设计了转向空间在300～450 mm之间的转向轨迹,建立了小钻杆和小型转向轨迹的有限元模型,并对钻杆转向过程进行了有限元仿真模拟。模拟结果表明,钻杆通过滑道时所受阻力随滑道曲率的变化单调增加,阻力的大小受曲率变化及其在滑道中所处位置的影响;钻杆截面变形量由于塑性因素变化具有累加性,在滑道内随曲率变化呈阶段性增加,但最终变形量不影响钻杆性能。