可控震源振动器失效分析及重锤密封性能研究

发布时间：2020-08-03 07:42

【摘要】：可控震源是一种地震勘探信号激发设备,相比于传统的爆炸震源,具有输出地震波可控,绿色环保,施工效率高等特点,已成为现代地震勘探的首选信号激发源。振动器作为可控震源的核心部件,其结构和性能对可控震源在野外施工过程中的勘探精度和安全性具有至关重要的作用。现场故障统计数据表明,重锤密封失效比例高达34.30%,对严重影响振动器的工作性能,且野外施工时无法满足更换维修所需的拆装工艺,只能返厂维修,极大降低勘探效率。因此,本文根据大量的工程数据,对振动器系统进行失效分析,采用故障树分析方法,结合概率统计,确定影响振动器系统稳定性的薄弱环节。根据目前国内外对振动器系统的研究,结合油气资源勘探的发展要求,对可控震源振动器重锤密封进行寿命预测及结构改进,对延长振动器使用寿命,改善油气勘探的效率与稳定性有重要意义。本文开展的主要工作和取得的结论如下:(1)根据可控震源振动器系统的设计现状和工作原理,通过统计分析大量的现场工程数据,开展振动器系统失效分析,并对相应的失效机理进行研究。结果表明,振动器系统主要零部件的常见失效模式为磨损失效、疲劳失效以及断裂失效,其中重锤密封泄露及电液伺服阀气蚀是影响振动器系统稳定性的主要因素。(2)针对振动器系统结构复杂,元件繁多等特点,采用故障树分析方法建立振动器系统的故障树模型,开展振动器系统各主要零部件的失效概率及概率重要度的计算分析,得出振动器系统的可靠度。通过对概率重要度的对比分析,结合可控震源野外施工的具体工况,确定影响振动器系统失效的关键因素为振动器重锤密封。(3)通过对重锤密封材料进行单轴拉伸试验,确定橡胶材料的本构模型。试验分别在三种温度梯度下测定密封材料的性能,获得其工程应力-应变关系,并运用MATLAB线性回归进行数据拟合,采用平均值法确定密封材料的Mooney-Rivlin常数,描述橡胶材料在拉伸过程中应力、应变的力学行为。(4)根据大塑性变形理论和Hertz经典接触力学理论,采用有限元显示算法对周期性压力作用下的密封结构进行仿真计算,掌握密封圈随各条件参数的应力响应规律。结果显示:随着.工作频率的增大,密封圈应力峰值的波动越剧烈,越容易导致重锤密封失效。密封圈的Von Mises应力随压缩率的增大先减小后增大,随槽口半径的增大而呈非线性增大,而随摩擦系数的增大变化不大。(5)采用等效应力的方法计算O形橡胶圈危险截面应变能,设定应变能释放率为损伤参量,运用断裂力学法对橡胶密封圈危险截面节点进行寿命预测。开展密封结构改进设计研究,通过改进前后对比,结果表明,改进后危险截面的使用寿命平均提高了7.93%,对改善振动器系统的工作性能,提高可控震源的效率和安全性有重要的意义。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.43

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本文编号：2779321