海上热采井下工具全金属密封结构设计及应用

简介

随着海上稠油热采进入规模化开发阶段,配套工艺体系逐渐完善,现有的井下工具密封材料和结构不能满足井下工具高低温工况下长期密封的需求。为此本文提出了全金属密封结构设计,对于井下工具固定连接件之间的静密封采用弹性力学厚壁理论和Hertz接触理论建立了球-锥、锥-锥接触应力分布模型,设计了“内球外锥”的密封结构,并对锥角、球面直径等关键参数进行了优化设计;对于热采井下工具运动部件设计了采用金属密封环的全金属滑动密封结构形式,并使用室内试验的方法优化了配合尺寸。在高温排气阀中使用了全金属密封结构,室内多轮次高低温试验和现场试验结果表明,全金属密封结构动作可靠、在高低温工况下能够长效密封,适合在海上热采井下工具中推广使用。本文研究的全金属密封机构针对海上热采井下工具密封难题提供了完整的解决方案,为后续海上热采井下工具系列化标准化的发展奠定了基础,推动海上稠油热采规模化开发安全高效实施。