冲击螺杆钻具动密封密封性能及磨损仿真研究

发布时间：2017-12-22 04:23

  本文关键词：冲击螺杆钻具动密封密封性能及磨损仿真研究　出处：《西南石油大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 冲击式螺杆钻具 动密封 0圈 滑环式组合密封 开槽 磨损 数值模拟

【摘要】：在石油钻井中,由于井下动密封件工作环境极其恶劣,密封圈泄漏、提前失效时有发生,所以有必要对动密封圈的动密封特性进行精确分析,为密封圈的优化设计打好基础。本文首先分析了多工况、变设计因素对O圈、滑环式组合密封的密封特性影响规律,总结出了相关结论;其次,由于在钻井液中存在如岩屑等杂质,而在密封面开槽可以对密封系统进行保护,所以分析了开槽对组合密封动密封性能的影响规律;最后,在冲击式螺杆钻具的使用中,由于密封圈承受轴的高速旋转及往复运动,磨损异常剧烈,所以还对磨损的动密封圈进行了力学分析。基于以上阐述,本文主要围绕以下几个方面的进行了研究:(1)整体密封设计及有限元建模:首先对冲击螺杆钻具进行整体密封设计,并对O圈及滑环式组合密封圈进行密封机理分析。其次对有限元法及橡胶本构模型的相关理论做出简要介绍,并为O圈及滑环式组合密封圈进行了有限元建模,并验证了有限元模型的可靠性。最后提出了适用于计算滑环真实最大接触压力的有效接触压力计算方法。(2)O圈动密封密封特性研究:模拟实际工况,分别对影响O圈动密封性能的轴往复速度、转速、介质压力、压缩量、摩擦因数等进行了研究,分析了主密封面上的接触压力及Mises应力情况。结果表明当O圈有较大变形时,摩擦因数的改变对最大接触压力及应力影响很大,变往复速度、变转速对最大接触压力及应力的影响相对较小,加挡圈对最大接触压力值影响不大,但可改善O圈在运动中由变形引起的应力过高问题。(3)滑环式组合密封圈动密封密封特性研究:分别对影响组合密封圈动密封性能的轴往复速度、转速、介质压力、压缩量、滑环厚度以及滑环过盈量、滑环曲率进行了研究,并利用有效接触压力计算方法分析了滑环主密封面上的有效接触压力及Mises应力情况。结果表明过大的转速及往复速度会影响密封性能的稳定性,并使滑环的应力升高;选择较小的过盈量对有效接触压力影响不大,但可以有效减小其应力值。(4)滑环开槽对其动密封性能的影响规律分析:对滑环主密封面进行了开槽设计,研究了滑环开槽对组合密封圈密封性能的影响规律。结果表明单槽的有效接触压力能够满足实际中的密封需求,V槽滑环的有效接触压力基本大于圆槽滑环。(5)磨损动密封圈密封特性的影响规律评价:模拟实际工况,分析磨损动密封圈密封性能的影响规律。结果表明磨损O圈在工作中出现严重的应力集中现象,降低了密封可靠性;总体上磨损的组合密封圈相比磨损O圈的密封可靠性更高,磨损对O圈的密封可靠性影响更为严重。本文通过以上理论分析、数值模拟,为冲击螺杆钻具动密封设计优化及高速高压动密封的设计优化提供了参考与指导。
【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】：TE921

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本文编号：1318426