井口简易防喷器密封胶芯形变及其密封特性分析

1

作者 郑刚 刘新福 +3 位作者 刘广胜 魏韦 邓泽鲲 刘春花 《机床与液压》 北大核心 2025年第1期140-145,共6页

分析油液压力小于15 MPa的井口简易防喷器密封胶芯形变规律及其密封特性,对降低防喷器压力等级、防止井口失控以及尽可能减少井口非可控时间具有重要意义。依据Lindly模型,提出密封胶芯发生大、小变形时的形变改进计算方法。综合考虑油... 分析油液压力小于15 MPa的井口简易防喷器密封胶芯形变规律及其密封特性,对降低防喷器压力等级、防止井口失控以及尽可能减少井口非可控时间具有重要意义。依据Lindly模型,提出密封胶芯发生大、小变形时的形变改进计算方法。综合考虑油液压力变化、受压力与变形关系、不同阶段橡胶压缩量等因素以及壳体和闸板等结构参数,建立密封胶芯形变以及橡胶体主要面应力和抱紧力的数学模型。根据修正的Arruda-Boyce模型,揭示密封胶芯橡胶体本构模型的应力应变关系。结果表明:井口简易防喷器中部密封胶芯橡胶体环状部分的最大应力位于圆弧区域,且该区域内应力分布极不均匀;井口无压力时,中部密封胶芯橡胶体环状部分的Mises应力集中于中间位置,压力为3、10 MPa时,Mises应力集中在上下两个边缘区域,且橡胶体平面部分的中部区域应力随压力增大呈下降趋势;上部密封胶芯上部橡胶体的应力分布呈边缘大中间小的特征,上部密封胶芯较大应力分布区域的面积在闸板总成关闭时明显减小,且集中区域由开启时靠近壳体边缘和2个边角处转变为关闭时的4个边角处,且最大应力由开启状态下的2.95 MPa增加至关闭状态下的3.37 MPa。 展开更多

关键词 简易防喷器 密封胶芯 形变 密封特性 本构模型

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无隔水管泥浆回收钻井系统吸入模块密封胶芯非线性摩擦接触分析 被引量：3

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作者 徐群 陈国明 +1 位作者 周昌静 殷志明 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2010年第12期53-57,共5页

建立无隔水管泥浆回收钻井系统密封胶芯及钻具二维轴对称有限元模型,使用非线性有限元方法计算密封胶芯与钻具间的接触压力大小,验证密封胶芯在无隔水管泥浆回收钻井中的可行性。研究摩擦因数变化对接触压力的影响,分析密封胶芯Mises应... 建立无隔水管泥浆回收钻井系统密封胶芯及钻具二维轴对称有限元模型,使用非线性有限元方法计算密封胶芯与钻具间的接触压力大小,验证密封胶芯在无隔水管泥浆回收钻井中的可行性。研究摩擦因数变化对接触压力的影响,分析密封胶芯Mises应力峰值和钻具与胶芯间的摩擦力分布规律。结果表明:摩擦因数与胶芯密封面和钻具间的接触压力成非线性关系,胶芯主密封段接触压力随摩擦因数增大而减小,而胶芯锥形密封段和凸鼻形密封段的接触压力随摩擦因数增大而增大;胶芯Mises应力随摩擦因数增大而变大,且胶芯与钻杆接头上端接触时Mises应力峰值最大,容易导致胶芯破坏;胶芯与钻具间的接触面积基本不随摩擦因数变化而变化,摩擦力随摩擦因数的增大近似成线性增加;胶芯与钻杆接头接触时,摩擦力较大且增长显著,说明胶芯与接头接触时更容易发生磨损。 展开更多

关键词 密封胶芯 无隔水管泥浆回收钻井 接触压力 库伦摩擦

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作业井环空防溢控制系统密封胶芯接触压力研究

3

作者 王玥 付海龙 +2 位作者 邹龙庆 冯志鹏 赵霖 《化工机械》 CAS 2014年第6期799-801,806,共4页

以有限元软件为平台建立防喷器系统模型,模拟密封胶芯环空控制压力,进行密封胶芯的接触压力仿真计算。结果表明:胶芯密封面最大接触压力分布具备明显的非线性特征;胶芯最大位移(变形)和应力位于胶芯内圆柱面的中间环面部位。针对胶芯端... 以有限元软件为平台建立防喷器系统模型,模拟密封胶芯环空控制压力,进行密封胶芯的接触压力仿真计算。结果表明:胶芯密封面最大接触压力分布具备明显的非线性特征;胶芯最大位移(变形)和应力位于胶芯内圆柱面的中间环面部位。针对胶芯端面环空压力和液体推挤作用,可通过硫化防突铁芯工艺,有效抑制端面溢胶现象,延长胶芯使用寿命。 展开更多

关键词 密封胶芯 环空防溢控制 接触压力 防喷器

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外压检测装置密封胶芯偏心距优选有限元分析

4

作者 徐新河 《石油矿场机械》 2016年第1期51-55,共5页

以外压检测装置密封胶芯为研究对象,通过对防喷器闸板胶芯的密封原理研究,建立胶芯密封过程的非线性大变形有限元仿真模型,根据仿真结果,对密封胶芯的重要结构参数——偏心距进行优选。结果表明:偏心距越大,胶芯的等效应力越大,接触应... 以外压检测装置密封胶芯为研究对象,通过对防喷器闸板胶芯的密封原理研究,建立胶芯密封过程的非线性大变形有限元仿真模型,根据仿真结果,对密封胶芯的重要结构参数——偏心距进行优选。结果表明:偏心距越大,胶芯的等效应力越大,接触应力也越大,最大接触应力主要分布在胶芯的圆弧部分;偏心距越大,胶芯圆弧部分和平面部分的接触应力不均勾性增大;优选偏心距e为0.5mm。 展开更多

关键词 外压检测 密封胶芯 偏心距 优选

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液压力对吸入模块密封胶芯性能影响研究

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作者 刘玉亮 陈国明 +2 位作者 杨焕丽 温纪宏 徐群 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期211-215,共5页

以在我国南海深水服役的无隔水管钻井液回收钻井系统为对象,为了解决密封胶芯寿命低的难题,进行吸入模块密封胶芯有限元分析,研究胶芯在海底工作时单面受压和双面受压对胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值的影响,分析不同... 以在我国南海深水服役的无隔水管钻井液回收钻井系统为对象,为了解决密封胶芯寿命低的难题,进行吸入模块密封胶芯有限元分析,研究胶芯在海底工作时单面受压和双面受压对胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值的影响,分析不同液压力下胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值的分布规律,以期为胶芯延寿提供技术参考。胶芯材料模型采用近似不可压缩弹性材料的两参数Mooney-Rivlin模型函数,采用罚函数法进行求解。研究表明,海水液压力对胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值有着显著的改善作用,应在吸入模块两胶芯间设计压力调节装置。 展开更多

关键词 无隔水管钻井液回收钻井系统 密封胶芯液压力 接触压力 von Mises应力峰值

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关井过程防喷器胶芯的冲蚀性能研究

6

作者 胡四海 赵广慧 +3 位作者 张川 刘涛 贾宇喆 马封安 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第23期159-168,共10页

目的预测井涌或井喷发生时关闭防喷器闸板对胶芯的冲蚀,为评估关井后胶芯的密封性能提供依据。方法首先依据橡胶试件的冲蚀试验,基于LM优化算法反演分析确定丁腈橡胶的冲蚀模型参数,将所确定的冲蚀模型通过UDF嵌入Fluent软件,建立关井... 目的预测井涌或井喷发生时关闭防喷器闸板对胶芯的冲蚀,为评估关井后胶芯的密封性能提供依据。方法首先依据橡胶试件的冲蚀试验,基于LM优化算法反演分析确定丁腈橡胶的冲蚀模型参数,将所确定的冲蚀模型通过UDF嵌入Fluent软件,建立关井过程中防喷器半封闸板附近流场的数值模型,计算密封胶芯的冲蚀性能,研究关井全过程胶芯材料去除量与关井时长的变化规律。结果得到了丁腈橡胶材料的改进Finnie冲蚀模型参数,该冲蚀模型预测的试件冲蚀率随冲击角的变化与试验数据的最大相对误差仅为5.77%,可用于模拟丁腈橡胶构件的冲蚀性能。在防喷器关阀过程中,携岩钻井液对胶芯的冲蚀主要发生在端面边缘处的岩屑高速碰撞区。胶芯的冲蚀率与钻井液的含砂量呈线性正相关,与钻井液的流速呈非线性正相关。随着闸板开度的减小,冲蚀率呈现指数增长。在文中的参数条件下,当闸板开度分别为104、26、6 mm时,胶芯的材料去除率分别为1.52、5.22、28.3 mm^(3)/s,表明在关井后期闸板即将关闭前,胶芯受到的冲蚀最严重。在关井全过程中,胶芯的材料去除量随着关井时长的增加而增加,关井时长分别为3、8 s时对应的胶芯体积去除量分别为5.04、13.43 mm^(3)。结论在井涌或井喷发生时,关闭防喷器闸板的时机和时长对于处置事故至关重要,需综合评价关井时长对井口动载荷和胶芯冲蚀量的影响,制定科学的关井预案,以保障井筒、地面装备和施工人员的安全。 展开更多

关键词 防喷器半封闸板 密封胶芯 冲蚀模型 反演分析 关井过程

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闸板防喷器胶芯密封参数算法研究及结构要素优化 被引量：1

7

作者 林军 伍开松 《机械设计》 CSCD 北大核心 1995年第12期53-55,共3页

闸板防喷器胶芯密封参数算法研究及结构要素优化林军，伍开松（西南石油学院）１前言闸板防喷器封井，主要由固联于闸板总成的胶芯来完成。工作时，高压油井入油缸关闭腔，推动左右闸板总成，同时向井口中心移动，致使胶芯前部像胶环状... 闸板防喷器胶芯密封参数算法研究及结构要素优化林军，伍开松（西南石油学院）１前言闸板防喷器封井，主要由固联于闸板总成的胶芯来完成。工作时，高压油井入油缸关闭腔，推动左右闸板总成，同时向井口中心移动，致使胶芯前部像胶环状部分与钻具以及左右闸板胶芯前部橡肢... 展开更多

关键词 石油 钻井设备 闸板防喷器 胶芯密封

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组合式闸板胶芯性能的正交试验和回归分析 被引量：7

8

作者 陈婷 马卫国 +1 位作者 王炜 朱凯辉 《石油机械》 北大核心 2020年第6期1-8,共8页

带压作业的闸板防喷器胶芯密封结构多采用组合密封,橡胶基体和耐磨块的材料特性同时影响胶芯的密封性能。为了分析闸板胶芯的材料参数对其密封性能的影响,选择胶芯密封面上的有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度作为密封性能的评估... 带压作业的闸板防喷器胶芯密封结构多采用组合密封,橡胶基体和耐磨块的材料特性同时影响胶芯的密封性能。为了分析闸板胶芯的材料参数对其密封性能的影响,选择胶芯密封面上的有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度作为密封性能的评估指标,基于正交试验法分析影响闸板防喷器胶芯密封性能的主次因素及规律,建立了材料参数与有效应力之间的多元完全二次非线性回归模型,并分析了各参数的交互作用。分析结果表明:各因素对密封面上有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度的敏感性大小顺序为操作压力>耐磨块弹性模量>橡胶基体硬度>耐磨块泊松比;建立的多元回归模型的拟合剩余标准差分别为0.5130和0.3141,可以用该模型精确地分析材料参数与胶芯密封性能的关系;组合式闸板防喷器胶芯耐磨块最佳弹性模量为700~800 MPa,泊松比为0.40~0.47。所得结果可为组合式闸板防喷器胶芯的材料参数设计提供依据。 展开更多

关键词 带压作业 闸板防喷器 密封胶芯 正交试验 非线性回归 应变能密度

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高速转轴密封微间隙润滑气膜形成与影响因素研究 被引量：1

9

作者 邹龙庆 刘佳琪 +2 位作者 付海龙 王玥 郭晰元 《化工机械》 CAS 2021年第1期84-88,105,共6页

以天然气井高压旋转控制头为工程背景,利用流体动压机理,针对高转速轴密封问题,提出通过在密封橡胶与轴微间隙接触界面建立润滑气膜,以有效解决橡胶干摩擦失效问题。在胶芯内壁构建螺旋槽,改变柱状摩擦副接触面结构,以产生气体动压效应... 以天然气井高压旋转控制头为工程背景,利用流体动压机理,针对高转速轴密封问题,提出通过在密封橡胶与轴微间隙接触界面建立润滑气膜,以有效解决橡胶干摩擦失效问题。在胶芯内壁构建螺旋槽,改变柱状摩擦副接触面结构,以产生气体动压效应。通过建立柱面微间隙气膜模型,实现了气膜流场数值模拟,并验证了螺旋槽结构参数、转速变化等因素对气膜的影响规律。结果表明:偏心率是润滑气膜形成的必要条件;在偏心率和转速一定的条件下,螺旋槽与轴转动方向相反且旋向为50°时,气膜压力最大,可获得最佳气体动压效应。 展开更多

关键词 高速转轴密封 气膜 密封胶芯 微间隙 动压效应 偏心率

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油气井旋转防喷器密封失效分析及对策 被引量：2

10

作者 刘亮 张铁军 +1 位作者 唐光进 李朝明 《机电信息》 2015年第15期52-53,共2页

在欠平衡钻井过程中,旋转防喷器是关键设备,而密封胶芯是其核心密封元件;旋转动密封现场使用效果除受自身设计限制外还受到很多外在因素的影响。现分析密封胶芯失效形式和旋转动密封失效原因,以指导旋转防喷器的正确使用,为旋转防喷器... 在欠平衡钻井过程中,旋转防喷器是关键设备,而密封胶芯是其核心密封元件;旋转动密封现场使用效果除受自身设计限制外还受到很多外在因素的影响。现分析密封胶芯失效形式和旋转动密封失效原因,以指导旋转防喷器的正确使用,为旋转防喷器的优化设计提供参考。 展开更多

关键词 旋转防喷器 密封胶芯 动密封 水密封 油密封

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FX28-35型旋转防喷器的研制 被引量：9

11

作者 罗宁根 《海洋石油》 CAS 2003年第B11期106-110,共5页

国内欠平衡钻井普遍实施 ,要用到的旋转防喷器是关键设备 ,技术含量高。国内正进行一种旋转防喷器的研制 ,它的性能指标参照当前主流相关设备设计。研制旋转防喷器有几大难点 ,主要集中在密封胶芯、旋转动密封及轴承 ,各自的寿命满足实... 国内欠平衡钻井普遍实施 ,要用到的旋转防喷器是关键设备 ,技术含量高。国内正进行一种旋转防喷器的研制 ,它的性能指标参照当前主流相关设备设计。研制旋转防喷器有几大难点 ,主要集中在密封胶芯、旋转动密封及轴承 ,各自的寿命满足实际应用是保证钻井施工安全的关键。通过大量的元件选型、设计、制造和试验的工作 ,特别是出厂前的大量模拟欠平衡试验 ,解决了这些关键问题。选用高技术含量的元件才能设计生产出高技术产品。费时费钱的大量的试验是该旋转防喷器获得初步成功的前题。 展开更多

关键词 旋转防喷器 欠平衡钻井 密封胶芯 动密封

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顶驱车载钻机空气潜孔锤钻进用低压防喷装置的研制 被引量：3

12

作者 赵江鹏 王四一 +1 位作者 张晶 刘祺 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2015年第7期38-41,共4页

在空气潜孔锤钻进时,孔口安装防喷装置可将高速返出的粉尘或泥浆导离孔口,防止喷向工作台而污染孔口工作环境。综合考虑ZMK5530TZJ60型车载钻机孔口工作台结构特点、配套的斜坡钻杆外形特征、钻进工艺特点以及装卸操作环境等因素,设计... 在空气潜孔锤钻进时,孔口安装防喷装置可将高速返出的粉尘或泥浆导离孔口,防止喷向工作台而污染孔口工作环境。综合考虑ZMK5530TZJ60型车载钻机孔口工作台结构特点、配套的斜坡钻杆外形特征、钻进工艺特点以及装卸操作环境等因素,设计了一款适用于顶驱车载钻机的空气潜孔锤钻进用低压防喷装置。该低压防喷装置具有结构简单、安装方便;通过胶芯与钻具之间的过盈实现孔口密封,密封胶芯补偿量大,可密封外径变化较大的斜坡钻杆;可在加接钻杆时更换密封胶芯;设置了2个导流口,上返流体在此压降变化小,有利于排渣的通畅等优点。现场试验表明,该低压防喷装置能够有效密封粉尘泄漏、明显改善孔口施工环境,达到了设计的目的。 展开更多

关键词 车载钻机 空气潜孔锤钻进 密封胶芯 低压防喷装置

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高含水油井泵井口溢流控制装置性能模拟与现场试验

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作者 鲁高敏 刘新福 +2 位作者 郝爱刚 王建峰 刘春花 《水泵技术》 2023年第6期18-21,共4页

考虑到蒸汽吞吐放喷作业因管网压力平衡等工况会导致洗井后井口溢流,并存在井口失控风险,研制稠油井专用防喷防溢流装置,有助于缩短一体泵挂抽非可控时间,并提高一体泵挂抽的安全环保系数。综合井筒油液压力、闸板移动过程的摩擦载荷和... 考虑到蒸汽吞吐放喷作业因管网压力平衡等工况会导致洗井后井口溢流,并存在井口失控风险,研制稠油井专用防喷防溢流装置,有助于缩短一体泵挂抽非可控时间,并提高一体泵挂抽的安全环保系数。综合井筒油液压力、闸板移动过程的摩擦载荷和密封阻力、闸板推轴动力等因素影响,构建溢流控制器运动部件动力学模型,提出一种壳体力学特性和胶芯密封性能模拟方法,揭示防喷防溢流作业中壳体应力场及其应力沿路径分布状况以及井筒油液作用下密封胶芯变形和应力场动态分布状况。结果表明:在防喷防溢流作业中,壳体最大变形位于左右两底面,而最大应力发生在壳体底部的圆孔处,壳体中心至其两侧沿路径的应力分布均呈现先逐渐增大而后不断下降的趋势;密封胶芯圆弧部分0.5 mm的偏心,导致密封胶芯的最大应力位于圆弧上,并使得密封胶芯在接触抽油杆时会产生较大的形变;现场施工作业与试验结果显示,采用所研制的溢流控制装置后,非可控时间仅占一体泵挂抽总时间的18%。 展开更多

关键词 稠油井 溢流控制器 壳体 密封胶芯 密封性能

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