提高牙轮钻头轴承径向密封性能的途径

针对常用密封轴承钻头环形径向密封的现状及失效原因，进一步指出牙轮钻头失效是密封先期失效所致，提出影响钻头密封性能及可靠性的主要因素是密封材料与密封圈两侧介质压力差相关的密封面之间接接触应力，以及密封系统的制造和装配精度，今后研究和有杉流体动压密封是个方向。     

牙轮钻头流体动压密封的结构构想和参数确定

流体动压密封是当今钻头轴承系统密封研究的一个重要方向。文中根据流体动压润滑理论，提出了一种新型的流体动压密封结构，然后再根据螺旋流动理论，以密封面之间的流量作为控制准则，初步确定了该型流体动压密封的结构参数。     

新型非密封滑动轴承牙轮钻头的试验研究

密封滑动轴承牙轮钻头的密封圈工作条件恶劣,极易损坏;密封圈占据了轴颈的一部分空间,使钻头承载能力减小,这些都降低了钻头的使用寿命。通过滑动轴承失效原因的分析,提出非密封滑动轴承牙轮钻头的轴承表面应采用硬度大、热稳定性好的材料,轴承摩擦副应采用硬-硬配对方式。经过对WC-Co类硬质合金材料力学性能和摩擦学性能分析,用新的轴承结构解决了硬质合金脆性问题,并研制出新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头。室内试验表明,硬质合金摩擦副具有良好的抗磨粒磨损能力,可用于牙轮钻头非密封滑动轴承的滑动表面。现场初步试验证明,新型非密封硬质合金滑动轴承牙轮钻头具有良好的应用前景,是发展高速滑动轴承牙轮钻头和小尺寸滑动轴承牙轮钻头的有效途径。     

新型高速牙轮钻头圆锥滚子轴承润滑状态分析

用HAAKERV3流变仪对国产J783钻头脂高温流变特性所作的测定表明，这种钻头脂在高温时表现为典型的Bingham流体。根据实测结果建立了J783钻头脂的流变模型。利用Bingham非牛顿流体重载线接触弹性流体动压润滑的有关理论，并考虑钻头轴承表面的粗糙度，分析研究了新型圆锥滚子轴承高速牙轮钻头的润滑状态和典型工况下钻头轴承的脂润滑膜厚度。结果表明，新型高速牙轮钻头的圆锥滚子轴承处于边界润滑状态，钻头脂中的MoS2和Sb2O3起主要润滑作用。由此可见，有必要在所有牙轮钻头的滚动轴承表面采取强化措施，以提高边界润滑条件下钻头轴承摩擦副的抗摩擦磨损性能。     

压裂泵往复密封性能及机理研究

根据流体动压润滑理论，对压裂泵柱塞密封摩擦副的润滑机理进行了理论分析。在排出和吸入行程，柱塞密封摩擦副均能满足流体动压润滑的条件，即在柱塞与密封界面上能形成并保持一定厚度的油膜润滑密封，从而达到减小摩擦提高寿命的目的；建立了摩擦界面油膜厚度和泄漏量的计算公式。利用有限元法理论，对密封圈的压力沿轴向的分布规律、泄漏量与压力变化关系进行了模拟计算。对往复密封圈沿轴向压力分布、泄漏量随压力变化进行了测试；试验结果表明，建立的计算模型具有较高的计算精度，揭示了压裂泵的密封机理。     

牙轮钻头密封试验机的研制

牙轮钻头密封圈的性能对钻头的整体使用寿命有着重要影响,室内实验研究是改进密封圈性能的一种有效手段。文章在国内相关通用密封试验机的基础上设计了一种专用的牙轮钻头密封试验机系统,该试验机系统由试验机 、泥浆缓冲罐、电机扭矩仪总成、计算机数据采集和控制系统等四个子系统组成,同时确定了该试验机系统的相关工作参数。该试验机由计算机自动控制,实验数据均由高精度传感器测定并由计算机采集和处理。牙轮钻头密封试验机的研制为进行密封圈的基础研究和性能测试提供了有力的保证。     

液态烃泵机械密封故障分析及对策

从液态烃泵机械密封摩擦副润滑情况、动静环辅助密封圈老化、工艺操作波动引起泵故障从而影响机封、介质本身情况等方面，分析了液态烃密封泄漏的原因，并提出利用热流体动压原理，改善摩擦副润滑、改进自冲洗辅助系统、采用申联机封、选用合适的泵型等措施来降低液态烃的密封故障，延长密封的使用寿命。     

泥浆、岩屑对牙轮钻头密封系统的危害

从牙轮钻头的结构和使用方面，结合实例剖析了钻井过程中泥浆、岩屑对牙轮钻头密封系统的危害，指出嵌入牙掌C点面和密封面的泥浆、岩屑会磨损、刮伤密封圈，失水后的干泥浆会造成牙轮卡死。钻井和钻头设计中对泥浆、岩屑危害密封系统的现象应该引起足够的重视。     

高速牙轮钻头金属浮动密封的实验研究

介绍了金属浮动密封机理及特点,用实验方法给出了设计牙轮钻头金属浮动密封的轴向压缩量δ,模拟牙轮钻头工况对金属浮动密封的密封性能进行了实验研究。实验结果表明,金属浮动密封能够有效地适应牙轮钻头振动工况,并在高速条件下具有漏失量小、摩擦热少、磨损轻微、寿命长等优点,为研制高速牙轮钻头提供了有效的密封设计参数。     

牙轮钻头耐高温扁平橡胶密封性能研究与应用

牙轮轴承常用金属密封不仅对振动敏感、密封力不足,而且制造成本高,占用空间大,密封件受力和变形不均匀。为此,研制了一种密封性能好且寿命长的新型高温牙轮钻头扁平橡胶密封圈。通过结构方案设计与HNBR、NBR两种材料的性能分析,以及HNBR本构参数的研究与确定,建立了密封圈三维瞬态热力耦合分析有限元模型,基于此模型对新型密封圈和O形圈的密封性能展开了数值模拟对比研究,将新型密封圈进行了现场应用并分析了使用效果。研究结果表明:在高温高转速工况下,新型橡胶密封圈较O形圈工作寿命更长;现场使用过的密封圈无严重损伤,仍可继续使用。研究结果可以为牙轮钻头高温密封件的设计及应用提供新思路。     

Kalsi型流体动压密封结构及其接触性质研究

流体动压径向密封是利用流体动压效应研制的新型径向动密封结构, 其典型产品Kalsi型流体动压密封已在国外石油机械中获得了成功应用。在分析该密封结构和机理的基础上, 提出了“软弹流”数值迭代研究方法, 并采用MSC Marc软件对影响密封性能的重要因素———轴向接触压力进行了分析, 探讨了结构、材料、初装配条件在Kalsi密封应用中的作用, 为深入开展理论研究和进行密封圈的研制奠定了基础。     

�Ľ�������ͷ����ܷ��̽��

本文从牙轮钻头运动的受力及工作环境分析出发,认为O型橡胶密封圈早期失效不可避免。提出用x型或无间隙端面密封代替O型密封结构,用聚四氟乙烯代替橡胶作为密封材质。     

石油机械中O形密封圈的动密封特性分析

目前对往复运动的O形密封圈密封特性的研究较少,而O形密封圈用于往复动密封时其工况更恶劣。鉴于此,建立了O形密封圈的有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对影响其动密封特性的运动速度、介质压力、预压缩率和摩擦因数进行了分析。分析结果表明,在往复动密封中,O形密封圈内部应力随时间变化而产生波动,在交变应力作用下比在静密封中更易失效;O形密封圈主接触面的最大接触应力并不随速度的增大而线性变化;预压缩率与摩擦因数对O形密封圈外行程密封性能影响较小,而对其内行程密封性能影响较大;O形密封圈在外行程中的密封性能优于内行程。     

石油机械中O形密封圈的动密封特性分析

目前对往复运动的O形密封圈密封特性的研究较少,而O形密封圈用于往复动密封时其工况更恶劣。鉴于此,建立了O形密封圈的有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对影响其动密封特性的运动速度、介质压力、预压缩率和摩擦因数进行了分析。分析结果表明,在往复动密封中,O形密封圈内部应力随时间变化而产生波动,在交变应力作用下比在静密封中更易失效;O形密封圈主接触面的最大接触应力并不随速度的增大而线性变化;预压缩率与摩擦因数对O形密封圈外行程密封性能影响较小,而对其内行程密封性能影响较大;O形密封圈在外行程中的密封性能优于内行程。     

高速牙轮钻头螺旋组合密封流固耦合仿真及试验

密封是决定牙轮钻头寿命的关键,由于被动密封磨损严重,限制了牙轮钻头转速及寿命的提高。通过分析具有主动排砂功能的螺旋组合密封结构的基本原理,并结合流固耦合基础理论,建立了相应的控制方程。通过有限元仿真和试验相结合的方法研究了螺旋组合密封的性能。在有限元仿真部分,建立了仿真模型,利用ANSYS仿真软件对螺旋组合密封进行了流固耦合仿真研究,通过螺旋密封的流场压力分析单螺旋密封的排砂作用,通过螺旋组合密封中O型圈的接触压力分析螺旋组合密封的密封能力。设计了未加压单螺旋密封圈排砂性能验证试验来验证单螺旋密封的排砂能力,设计了加压螺旋组合密封性能验证试验来研究螺旋组合密封性能,通过室内台架模拟真实钻井工况研究螺旋组合密封的实际应用情况。仿真结果与试验结果均表明,单螺旋密封圈的排砂作用可行,螺旋组合密封具有良好的密封能力。     

流体动压径向密封及其在石油机械中的应用

常规径向动密封干摩擦时磨损快且发热严重 ;边界摩擦时会出现物理化学吸附膜 ,从而导致密封失效。为此 ,介绍应用流体动压效应研制的新型流体动压径向密封的机理及其发展历程。在 5种典型石油矿场机械中的应用情况表明 ,流体动压径向密封的最高密封压力达5 2 5MPa ,最高工作转速达 6 0 0r/min ,特别适用于结构空间有限、磨砺性较强的恶劣工作场合 ,值得在国内石油矿场机械中大力推广应用     

钻头密封材料研究探讨

从钻头密封的发展历史以及现在国内外钻井对钻头密封的要求来看，钻头密封材料的研究已成为现代和将来钻头密封研究的主要领域，为了开发适应现代钻井要求的钻头密封，必须在密封材料研究的基础上结合密封结构进行设计。本文对钻头密封材料研究的现状进行了探讨，并讨论了在现有密封材料研究技术的基础上开发充满前途的二种钻头密封：硬质合金密封与双重复合密封。     

泵抽空时密封面开启失效过程中的动压效应实验分析

通过在抽空状态下机械密封端面间运动状况实验，测量了端面间压力和位移的变化；讨论了汽液两相密封和全液相密封端面开启过程的动压效应的影响；提出动压作用下密封端面开启失效机理；分析了动环密封圈轴向摩擦力与密封开启失效的必然联系。     

单牙轮钻头的发展前景研究

分析单牙轮钻头的优越性，解决目前钻业面临的问题，方法研究了单牙轮钻头的侧切削特性，单牙轮钻头和弹塑性地层的相互作用及单牙轮钻头的热应力分布，分析了钻头结构，地层岩石特性及钻井工艺参数等因素对单牙轮钻头性能的影响。     

��������ͷǻ���������������о�

三牙轮钻头腔室结构不规则，导致腔内流体流动规律复杂，湍流和涡旋运动特征影响因素多，由于喷嘴组合不同，不确定性强，难以用数字的方法来描述。针对牙轮钻头在应用中出现的问题，采用观察法和压力法进行实验研究，并进行了理论探讨，较全面地认识了腔内流体的运动特征，基本弄清了钻头腔室内流体冲蚀壁面与底面的主要原因和特点，以及不对称流动特点和规律