【摘要】：高壓油氣井中井口設(shè)備的法蘭連接主要采用金屬密封方式。受螺栓預(yù)緊力大小及分布、溫度和壓力的波動、密封鋼圈材質(zhì)的影響,法蘭連接易發(fā)生密封失效,進(jìn)而導(dǎo)致高壓流體的泄漏,造成能源和材料的浪費、環(huán)境的污染,甚至引發(fā)人員傷亡、財產(chǎn)損失等嚴(yán)重危害。因此研究開發(fā)適用于井口設(shè)備的法蘭金屬密封狀態(tài)監(jiān)控軟硬件系統(tǒng)對于及早發(fā)現(xiàn)法蘭金屬密封失效導(dǎo)致的泄露具有重要意義。本文針對現(xiàn)有法蘭金屬密封性監(jiān)控技術(shù)的不足,開展了以下幾個方面的研究工作:(1)通過總結(jié)對比國內(nèi)外法蘭金屬密封性檢測方法,提出了基于力磁耦合的法蘭金屬密封性監(jiān)控技術(shù)研究的相關(guān)實驗方案,包括螺栓應(yīng)力狀態(tài)檢測實驗和法蘭金屬密封性監(jiān)測實驗兩個部分,并詳細(xì)的介紹了實驗裝置和相關(guān)實驗參數(shù)。(2)應(yīng)用ANSYS軟件對實驗方案進(jìn)行了模擬。利用APDL編程建立了法蘭金屬密封性參數(shù)化模型,分析了不同工作狀態(tài)(預(yù)緊、操作)下法蘭各連接螺栓的不同應(yīng)力狀態(tài)對法蘭、螺栓、墊片應(yīng)力分布的影響,建立了螺栓應(yīng)力與鋼圈接觸應(yīng)力(法蘭金屬密封性)之間的定量力學(xué)模型,為通過檢測各螺栓應(yīng)力來評定法蘭金屬密封性提供理論依據(jù)。(3)根據(jù)實驗方案開展相關(guān)研究。通過螺栓應(yīng)力狀態(tài)檢測實驗,建立了不同載荷工況下(加載、卸載)35CrMo螺栓的應(yīng)力與磁信號之間的定量關(guān)系公式,發(fā)現(xiàn)螺栓磁信號與應(yīng)力在一定范圍內(nèi)呈正比例線性關(guān)系。通過法蘭金屬密封性監(jiān)測實驗驗證了檢測各螺栓的磁信號可判斷法蘭金屬密封性,未預(yù)緊螺栓個數(shù)、螺栓應(yīng)力的分布及內(nèi)壓值影響法蘭金屬密封性。(4)將模擬和實驗的結(jié)果相結(jié)合,得到了各螺栓磁信號與法蘭密封性的定量關(guān)系,進(jìn)而開發(fā)了基于力磁耦合的井控裝置法蘭金屬密封性監(jiān)控軟件,實現(xiàn)磁信號的數(shù)據(jù)處理、法蘭系統(tǒng)各部分的應(yīng)力分布仿真計算和法蘭金屬密封性的評價與改善,為現(xiàn)場應(yīng)用提供了軟件支持。
【圖文】：

行過程中的動態(tài)變化，不能完全保證裝置使用中的安全可靠性。因此，研究法蘭金屬密封性監(jiān)控技術(shù)，顯得很有必要。因此針對海上油氣井生產(chǎn)的實際需要，本文以力磁耦合原理為核心，有限元分析為手段，開發(fā)出適合于現(xiàn)場應(yīng)用的井控裝置法蘭金屬密封性監(jiān)控軟硬件系統(tǒng)，以實現(xiàn)對井控裝置的法蘭金屬密封狀態(tài)的實時動態(tài)監(jiān)測與評估，，防止各類密封失效事故的發(fā)生。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 法蘭金屬密封性檢測技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在工程應(yīng)用中，密封的概念是壓緊應(yīng)力即密封比壓大于墊片系數(shù)乘以介質(zhì)壓力，否則是不密封的，即認(rèn)為裝置發(fā)生界面泄漏。目前主要的法蘭金屬密封性檢測技術(shù)見圖 1.1。

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE921.5

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2 劉t犵

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