针对柔性钻杆球面密封难的问题,设计了一种适用于柔性钻杆的球面密封结构,通过数值模拟与物理试验验证了密封结构在内压30 MPa、外压24 MPa工况下的可靠性,并基于响应面试验设计方法,建立了密封结构参数与密封性能参数的响应面模型,分析了参数间的交互作用和3个因素的敏感性,其敏感性顺序从大到小为:压缩量、径向过盈量、主密封面宽度。其中优化后模型最大Von Mises应力相比原密封结构模型降低了16.9%,可提高结构的可靠性和寿命。同时通过数值模拟对预测值进行了验证,最大Von Mises应力误差为0.87%,所得结果为柔性钻杆球面密封结构现场应用提供了一定的参考依据。

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。