简述了密封原理和密封失效与密封间隙的关系。通过对井下工具国内外常用O形圈设计标准的设计方法和密封能力进行举例分析,提出了相应的特点和密封性能,并提出了设计建议,对井下工具O形圈密封设计具有参考意义。

井下工具的密封以O形密封圈为主。文章介绍了影响其密封性能的因素 ,即O形密封圈的压缩率、拉伸量和密封处孔与轴的配合精度。决定这些因素的是O形密封圈及其安装沟槽的合理选配。文章给出了其选配参数计算式。

分析表面堆焊耐蚀合金的高压厚壁圆筒承压能力,难以采用经典的厚壁圆筒理论进行求解。基于ABAQUS有限元分析软件,使用双线性弹塑性材料模型和Cohesive接触模型联合模拟,可得到厚壁圆筒截面的应力分布、结合面接触-分离应力分布、卸载后的残余变形等。以隔水管节流和压井管线插接接头为例,进行承压性能分析。分析结果表明,考虑材料塑性行为能够提升结构的设计耐压能力;卸载后材料的永久变形的量化结果有助于密封面配合尺寸设计;Cohesive模型能够有效模拟结合面应力传递情况。

管内智能封堵技术已成为管道事故应急维抢修的重要技术手段之一,而封堵胶筒的密封性能是评价管内智能封堵能力的决定性因素。应用ABAQUS有限元分析软件,结合单因素与多因素耦合分析方法,分析各参数对胶筒密封性能的影响特性,进而实现密封胶筒的参数优化,使得胶筒在相同的驱动力作用下,达到最优的密封效果,即封堵压力最大。首先,通过分析胶筒的材料以及几何特性,建立密封胶筒的本构模型,进而分析得到与实际工况相符的胶筒力学理论模型。然后,应用有限元分析软件,通过数值模拟仿真的方法,分析胶筒在单参数影响下的封堵特性变化趋势。最后,结合多参数耦合响应面分析方法,采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系,得到密封胶筒在多参数耦合作用下的密封性能变化特性。通过分析,优化了管内封堵装置密封胶筒的性能参数,...

在油气开采向深水、高温、高压环境发展的大趋势下,密封技术决定了水下生产系统的可靠性和安全性。设计了一种水下油管悬挂器出油口处U形金属圈,以密封性能和结构强度2个评判指标来评定金属密封圈的性能。参考AMSEⅧ-2中的结构塑性垮塌分析和局部失效的分析方法,结合有限元数值模拟研究U形金属圈在1.5倍额定工作压力的测试压力下的密封性能和结构强度。结果表明:在预紧和生产工况下,U形金属圈的密封性能满足设计要求,其接触唇有效接触宽度上的接触压力均满足预紧比压和工作比压要求。在测试工况下,密封圈整体结构满足防止塑性垮塌和局部失效评定的要求,但密封圈接触唇处易发生局部失效,应重点设计其接触唇的圆弧曲率半径。

连续管旋转接头可实现高压动密封功能,该结构的密封元件由多个V型橡胶圈构成。连续管旋转接头密封性能不稳定、V型圈寿命低等问题制约了连续管正常作业,易出现重大安全隐患。采用有限元法,研究了V型橡胶圈材料性能、摩擦因数、工作介质压力等参数对密封性能的影响。研究结果表明:V型圈在介质压力作用下能够形成稳定可靠的密封;V型圈密封副的摩擦因数以及材料硬度对密封性能和摩擦磨损性能有显著影响,聚氨酯和丁腈橡胶材料硬度相同,均为85 HA或90 HA。适当降低密封副的摩擦因数,可提高V型橡胶圈的密封性能和摩擦磨损性能;V型橡胶圈在10 MPa以上介质压力作用下变形达到稳定,轴向压缩量在0.9~1.0 mm。研究成果可为连续管旋转接头方案设计提供一定的指导意义。

全液压自动猫道举升系统在举升钻具过程中要充分保证其运行的平稳性，以降低冲击载荷和整个举升滑道的振动。根据全液压自动猫道模型，将举升系统进行简化，建立其机构运动简图；应用 MATLAB 软件求解运动学方程并进行线性拟合，得到举升滑道的空间位姿变化曲线；应用 Ad-ams 软件对举升系统进行运动学分析，得到举升滑道倾角变化曲线、位移曲线和速度曲线，验证了其设计的可行性。

为满足空气钻井后期筛管完井的作业要求，解决机械式丢手工具存在的问题，研制了球挂式液压丢手工具。该工具通过钢球悬挂，并通过憋压的方式进行丢手，结构简单、易加工、成本低廉、功能可靠、便于打捞。现场应用4口井，丢手成功率1000，各项功能满足设计要求。

球挂式液压丢手工具通过憋压的方式进行丢手在现场应用过程中出现了悬挂钢球卡死丢手失败的问题。通过受力分析找到了其失败的原因并提出了2套解决方案分别是增加悬挂钢球数量方案和将悬挂球设计为悬挂块方案。经现场验证设计合理方案可行为今后重载条件下的丢手施工作业提供参考。

为降低投资风险海上边际油田开发要求采油平台具备可移动、自安装功能。为此研发了一种新型的旋转环梁楔块式液压升降装置。该装置由上挟桩器、下挟桩器、锁桩器、升降油缸、回转油缸、固桩筒和桩腿组成通过升降油缸的伸缩运动实现平台的升降通过回转油缸的伸缩运动实现与桩腿的锁紧和解锁。该装置具有安全可靠、造价经济、技术国产化、可拆卸重复使用等特点。