针对柔性钻杆球面密封存在O形圈密封困难的问题,设计了一种适用于该钻杆的球面密封结构,并利用有限元软件建立了该密封结构的三维有限元模型,分析了不同工况下异形密封圈最大Von Mises应力的变化关系,以及密封面接触应力与平均接触应力对球面密封的影响规律。研究结果表明:随着压缩率、密封面宽度以及内外压差的增大,密封圈最大Von Mises应力出现在其内部靠外压一侧,呈逐渐增大的趋势,且均小于材料屈服强度;密封面接触应力呈先减小后增大的变化趋势,且密封面平均接触应力与两端接触应力均大于被密封流体压力,实现了良好的密封效果。所得结果可为柔性钻杆球面密封结构设计提供一定的科学依据。

柔性钻杆是超短半径水平井钻井工具的重要组成部分,其结构设计的好坏直接影响钻井工具的工作性能。根据柔性钻杆的强度条件以及与导向筛管的几何关系,得到了满足不同井眼曲率半径的柔性钻杆结构参数;考虑球头柱键与凹槽的接触非线性及柔性钻杆的材料非线性特性,采用有限单元法建立了单节柔性钻杆有限元模型;对不同结构参数的柔性钻杆进行了仿真分析,均满足强度和刚度的要求,验证了柔性钻杆参数化设计的合理性。该研究成果可为超短半径水平井柔性钻具的结构设计提供理论参考。