本文關鍵詞：FZ35-105閘板防噴器膠芯密封機理研究

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【摘要】：隨著我國油氣田開發(fā)不斷向深井超深井方向發(fā)展,油井產層分布越來越復雜,這樣使得石油開采條件日漸復雜。與常規(guī)油氣田開發(fā)相比,溫度和壓力對油井的鉆探、開采以及生產等工藝的要求越來越高,這也使得與其配套的防噴器的設計和制造要求也越來越高,閘板防噴器作為井控作業(yè)過程中相當重要的必不可少的設備,無論是閘板防噴器的密封性能還是壽命以及可靠性,這也給國內科研工作者對今后閘板防噴器的研發(fā)提出了新的方向,結構方面設計更加合理,密封材料性能越來越好,通徑大小規(guī)格完善;在性能方面更加優(yōu)良,各種復雜工況,用途更加廣泛,工作壽命得到進一步提高。膠芯是閘板防噴器主要的密封元件,其密封性能的好壞直接決定著閘板防噴器是否能正常工作。為了提高閘板防噴器的密封性能,使其在防止發(fā)生井噴失控上起到良好的作用,針對閘板防噴器膠芯密封性能的研究就顯得十分重要。本文著重研究閘板防噴器膠芯的密封性能。閘板防噴器是井控作業(yè)過程帶壓起下的井口防噴設備,它主要依靠彈性密封元件的密封作用來實現(xiàn)帶壓起下井口的控制。在井控作業(yè)中會出現(xiàn)以下問題比如密封性能不太理想,組裝試壓復雜,現(xiàn)場施工成功率不高等,為使閘板防噴器膠芯的性能可以保證可靠的封井功能的正常實現(xiàn),需要對閘板防噴器進行深入研究,本文以FZ35-105閘板防噴器半封閘板的膠芯為研究對象建立起與實際結構一致的物理模型和符合有限元計算的有限元模型,以此為手段對膠芯進行結構仿真計算,尋找套管整體通過膠芯時的變形和接觸壓力變化規(guī)律。本文FZ35-105閘板防噴器半封閘板的膠芯為例,依據閘板防噴器半封閘板的結構和工作原理,利用柔性密封理論,分析了閘板防噴器半封閘板的膠芯的密封機理和膠芯工作時的受力情況,由膠芯的受力情況分析了影響閘板防噴器半封閘板的膠芯密封性能的因素。對膠芯所用橡膠材料的試驗數(shù)據進行擬合,選擇確定本構方程,評估和預測材料在不同工況下的力學行為,從而探求對橡膠材料合理的評價方法。并根據不同橡膠的本構模型對橡膠材料的分析結果與試驗數(shù)據進行對比,根據閘板防噴器的實際工作情況選擇了合適的本構模型,為接下來的有限元分析提供了基礎。運用有限元分析的方法,對影響膠芯密封性能的各項因素進行了仿真分析。得到了膠芯的摩擦因數(shù)、加載方式和橡膠硬度等對膠芯密封性能的影響。通過以上分析,得出了膠芯的接觸壓力隨著摩擦因數(shù)的變化而變化,并呈現(xiàn)一定的規(guī)律,在不同的摩擦因數(shù)下最大接觸壓力差距很大,且摩擦因素不論是過大還是過小都不利于膠芯密封,因而摩擦因數(shù)對膠芯在密封套管時的密封性能起著重要的作用。文中通過對rubber85和rubber90兩種橡膠材料進行對比分析,得出rubber90比rubber85在密封性能上穩(wěn)定些。得出了各因素對膠芯密封性能影響的規(guī)律,從而為提高閘板防噴器的密封性能提供了理論依據。通過對比斷裂力學研究方法、損傷力學研究方法和疲勞壽命研究方法,確定利用S-N曲線來研究膠芯材料的疲勞壽命。得出最大應力與循環(huán)次數(shù)的對數(shù)近似呈線性關系,由此可估計一定循環(huán)次數(shù)下膠芯對應的理論使用壽命。根據計算的結果得出了閘板防噴器膠芯的最小疲勞壽命循環(huán)次數(shù)及壽命最薄弱的地方是膠芯的棱邊位置和膠芯的平面接觸的棱邊位置,膠芯在這些地方最容易發(fā)生疲勞破壞。
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE931.1

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本文編號：1150585