FZ35-105闸板防喷器胶芯密封机理研究

发布时间：2017-11-07 03:15

  本文关键词：FZ35-105闸板防喷器胶芯密封机理研究

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【摘要】：随着我国油气田开发不断向深井超深井方向发展,油井产层分布越来越复杂,这样使得石油开采条件日渐复杂。与常规油气田开发相比,温度和压力对油井的钻探、开采以及生产等工艺的要求越来越高,这也使得与其配套的防喷器的设计和制造要求也越来越高,闸板防喷器作为井控作业过程中相当重要的必不可少的设备,无论是闸板防喷器的密封性能还是寿命以及可靠性,这也给国内科研工作者对今后闸板防喷器的研发提出了新的方向,结构方面设计更加合理,密封材料性能越来越好,通径大小规格完善;在性能方面更加优良,各种复杂工况,用途更加广泛,工作寿命得到进一步提高。胶芯是闸板防喷器主要的密封元件,其密封性能的好坏直接决定着闸板防喷器是否能正常工作。为了提高闸板防喷器的密封性能,使其在防止发生井喷失控上起到良好的作用,针对闸板防喷器胶芯密封性能的研究就显得十分重要。本文着重研究闸板防喷器胶芯的密封性能。闸板防喷器是井控作业过程带压起下的井口防喷设备,它主要依靠弹性密封元件的密封作用来实现带压起下井口的控制。在井控作业中会出现以下问题比如密封性能不太理想,组装试压复杂,现场施工成功率不高等,为使闸板防喷器胶芯的性能可以保证可靠的封井功能的正常实现,需要对闸板防喷器进行深入研究,本文以FZ35-105闸板防喷器半封闸板的胶芯为研究对象建立起与实际结构一致的物理模型和符合有限元计算的有限元模型,以此为手段对胶芯进行结构仿真计算,寻找套管整体通过胶芯时的变形和接触压力变化规律。本文FZ35-105闸板防喷器半封闸板的胶芯为例,依据闸板防喷器半封闸板的结构和工作原理,利用柔性密封理论,分析了闸板防喷器半封闸板的胶芯的密封机理和胶芯工作时的受力情况,由胶芯的受力情况分析了影响闸板防喷器半封闸板的胶芯密封性能的因素。对胶芯所用橡胶材料的试验数据进行拟合,选择确定本构方程,评估和预测材料在不同工况下的力学行为,从而探求对橡胶材料合理的评价方法。并根据不同橡胶的本构模型对橡胶材料的分析结果与试验数据进行对比,根据闸板防喷器的实际工作情况选择了合适的本构模型,为接下来的有限元分析提供了基础。运用有限元分析的方法,对影响胶芯密封性能的各项因素进行了仿真分析。得到了胶芯的摩擦因数、加载方式和橡胶硬度等对胶芯密封性能的影响。通过以上分析,得出了胶芯的接触压力随着摩擦因数的变化而变化,并呈现一定的规律,在不同的摩擦因数下最大接触压力差距很大,且摩擦因素不论是过大还是过小都不利于胶芯密封,因而摩擦因数对胶芯在密封套管时的密封性能起着重要的作用。文中通过对rubber85和rubber90两种橡胶材料进行对比分析,得出rubber90比rubber85在密封性能上稳定些。得出了各因素对胶芯密封性能影响的规律,从而为提高闸板防喷器的密封性能提供了理论依据。通过对比断裂力学研究方法、损伤力学研究方法和疲劳寿命研究方法,确定利用S-N曲线来研究胶芯材料的疲劳寿命。得出最大应力与循环次数的对数近似呈线性关系,由此可估计一定循环次数下胶芯对应的理论使用寿命。根据计算的结果得出了闸板防喷器胶芯的最小疲劳寿命循环次数及寿命最薄弱的地方是胶芯的棱边位置和胶芯的平面接触的棱边位置,胶芯在这些地方最容易发生疲劳破坏。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.1

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