在中国西部油气井钻井过程中,多口超深井出现了严重的套管磨损,在某些特殊情况下,封隔器不得不在套管磨损段进行坐封。为了分析套管磨损段胶筒的力学行为,以单胶筒压缩式封隔器为例,分别建立均匀磨损、月牙磨损和复合磨损3种套管磨损模型,利用数值模拟方法研究了胶筒与3种磨损套管之间的接触压力以及胶筒与中心管的接触状态。分析结果表明:套管均匀磨损时胶筒与套管沿轴向分布的接触压力曲线呈“马鞍状”分布,且接触压力整体减小;套管月牙磨损导致胶筒在磨损位置处接触压力减小明显,在磨损切口两侧边出现明显的应力集中现象;相比套管均匀磨损和月牙磨损,套管复合磨损导致胶筒的接触压力减小最为严重。所得结论可为套管磨损段封隔器的密封性能综合评价提供参考。

针对超高压爆破片安全泄放装置,提出了一种自紧式橡胶密封圈,并利用ANSYS有限元数值模拟分析中的双参数Mooney-Rivlin应变能密度函数,建立自紧式橡胶密封圈的本构方程,利用拉格朗日乘子算法,对爆破片、自紧式密封圈和夹持器进行数据建模,得到了橡胶材料自紧式橡胶密封圈密封槽最佳的开槽尺寸和确定方法,为后续的自紧式橡胶密封圈的研究提供了理论基础,并为橡胶密封圈的结构型式的开发提出了新的思路和研究方法。

基于有限元法建立了聚酯纤维增强塑料复合管道与其金属扣压接头的三维装配模型,分析了扣压量及接头结构参数对接头密封性能的影响。结果表明,随着扣压量的增加,接头密封性能逐渐提高,但在大扣压量下管体会发生塑性变形,管道密封性能下降;随着锯齿角度增加,接头密封性能先增大后减小,当角度大于55°时,管体会发生塑性变形;锯齿高度越大,接头密封性能越好,但增加到3 mm时,芯管端部应力值会达到断裂强度;接头锯齿数不宜过多,在齿数达到14时,管体在接头端部会受到严重挤压。综合考虑密封性能与接头强度,确定扣压接头的最佳扣压量为5.5 mm,最佳结构参数为锯齿角度为50°、齿高为2.5 mm、锯齿数为11。

采用两参数Mooney-Rivlin超弹性本构模型,对比不同硬度高速列车塞拉门橡胶密封条的压缩载荷-压缩量的仿真结果与试验结果,确定不同硬度密封条的材料常数;对优化后密封条的压缩特性进行仿真分析和对气密性进行试验验证。结果表明:在4 mm压缩量下,优化前后的密封条与门框压条间的最大接触压力基本相同;与优化前密封条相比,优化后密封条的压缩载荷减小了29.4%,密封性能提高了近1倍。

针对某氧气浓缩器进气口扩口管路连接处平管嘴的锈蚀故障,采用宏观、微观分析手段,结合EDS能谱分析确定了平管嘴已发生深入金属基体的锈蚀,且锈蚀产物主要为Fe2O3。通过逻辑推导分析腐蚀介质的可能来源,通过有限元建模,分析实际装配中最常见的带偏角装配工况下扩口管密封面上的Mises应力和CPRESS接触压力分布,得出平管嘴锈蚀故障的原因为:因该处管路连接需周期性反复拆装,拆装操作容易出现不同轴偏角装配情况,造成导管扩口内锥面接触不均匀和异常变形,从而破坏了密封面完整性,使导管内部与平管嘴/外套螺母间的间隙之间形成连通通道,冷凝湿气或腐蚀介质可通过这些通道逐渐泄漏并聚集到间隙处,最终导致缝隙腐蚀发生。

盐岩具有可溶性和可塑性,钻井及固井过程中易发生塑性变形或蠕动流动,导致井眼呈不规则形状,使套管发生变形或被挤毁,影响盐岩层段井筒气密性,从而影响油(气)井的正常生产及安全。为了给盐岩层段的井筒气密性评价提供理论依据,基于岩石物理试验及三维有限元法,分析了盐岩地层对固井一界面、二界面气密性的影响。分析得知:固井一界面对气体的密封能力强于水泥石本身的气密性,盐岩蠕变可增强固井二界面的气密封能力;盐岩层气体密封能力主要取决于固井二界面的密封能力和水泥石自身密封能力;盐岩层气体密封能力与界面接触压力呈复杂正相关性。基于分析结果,建立了固井二界面气体密封压力定量评价模型。固井二界面气体密封压力定量评价模型可评价目标区盐岩地层气密性,对其他地区类似地层固井施工也有借鉴作用。

随着勘探深度的增加,地层压力升高和岩石硬度增加,螺杆钻具经常发生横向涡动、纵向跳动、扭向振动及黏滑现象,限制了冲击螺杆钻具的推广应用。为研究高温、高转速和往复运动耦合作用下传动轴总成密封特性及参数敏感性具,对比相同工况下星形圈、O形圈和组合圈密封特性,得到不同密封圈在静密封、动密封状态下接触压力分布,根据主密封面接触压力判定方法得到最佳密封圈结构。根据该结构研究沟槽敏感参数,并讨论沟槽形状、位置、数目和宽度等对组合圈密封特性的影响。结果表明:组合圈密封效果远远优于O形圈及星形圈;沟槽形状采用等腰三角形、沟槽数目为3时密封性能最优,沟槽位置于中间最合理;静、动密封状态下,主密封面接触压力随沟槽宽度增大而增大,而静密封状态下次接触面接触压力及O形圈应力几乎不变。

提出基于ABAQUS软件和疲劳分析软件FE-SAFE预测旋转轴唇形密封圈寿命的方法。以某型号减速器中的输入轴与轴承端盖间的旋转轴唇形密封圈为研究对象,通过构建预紧状态下旋转轴唇形密封圈的有限元模型,获得旋转轴唇形密封圈的过盈量和理论接触宽度与唇口最大接触压力之间的关系曲线;根据ABAQUS获得的应力,并结合材料应力-循环次数曲线,应用疲劳分析软件FE-SAFE,预测不同过盈量和理论接触宽度对旋转轴唇型密封圈循环寿命的影响,并验证预测方法的有效性。结果表明:旋转轴唇型密封圈的循环寿命随过盈量的增大而减小,随理论接触宽度的增大而增加;综合考虑油封的密封能力与循环寿命,当过盈量在0.35~0.45 mm之间、理论接触宽度在0.3~0.5 mm之间取值时,该旋转轴唇型密封圈的循环寿命较高。

在高温、三维复合运动耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封极易失效,限制了冲击螺杆钻具的推广应用。为研究高温、高转速和往复运动耦合作用下传动轴总成密封特性及参数敏感性,定义轴与滑环形成的接触面为主密封面,O形密封圈与槽底面形成的接触面为次密封面,基于主密封面接触压力,对影响冲击螺杆钻具传动轴组合圈密封特性的相关参数进行数值仿真模拟,研究摩擦因数、O形圈直径、碳纤维含量和往复速度等参数对组合圈密封性能的影响规律。研究表明:摩擦因数增大,预压缩状态主密封面、次密封面接触压力及Mises应力增大,静密封状态主密封面及次密封面接触压力减小,滑环Mises应力增大;动密封状态下,当左、右行程摩擦因数为0.01、0.02、0.03时,接触压力波动幅度较小,当摩擦因数为0.04时波动幅度较大,推荐摩擦因数小于0.04较为合理。O形圈直径...

防喷器是油气井钻井作业中用于防止井喷的安全密封井口装置,运行过程中防喷器顶密封部位易出现腐蚀磨损缺陷,导致密封失效。文章以2FZ35-70闸板防喷器为例,建立防喷器顶密封局部密封连接结构的非线性有限元模型,采用ANSYS软件分析无缺陷双闸板防喷器在额定工作压力下顶密封连接部位的力学响应特性,获得不同缺陷尺寸下顶密封部位接触压力的分布特性。分析结果表明,当闸板腔顶部腐蚀深度不超过4 mm,整体磨损深度不超过0.2 mm时,防喷器顶密封部位仍可以保证良好的密封性能。