收藏本站
《西南石油大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

井下防喷器旁通启闭短节密封研究

马慧珍  
【摘要】:自上个世纪以来,在钻井数量不断增加,勘探领域逐渐扩大的过程中,钻井的安全问题越来越受到重视,井喷失控事故时有发生,成为威胁钻井安全的首要因素。井下防喷器应运而生,其作用是在发生井涌或井喷时,阻止环空中的液体向井口流动,从而阻止井喷。旁通是井下防喷器的一部分,在正常钻井过程中是关闭的,防止钻柱内的钻井液流向环空,所以旁通密封的好坏直接影响到正常钻进时钻井液能否正常的循环。现有的旁通结构复杂,且多为一次性使用,打开后无法关闭,需从井下取出后重新更换部件才可再次利用,且开启不易操作。因此针对以上问题,本文提出了可以重复利用且方便控制的井下防喷器旁通启闭短节结构。该结构可以通过控制阀芯的开启,多次打开、关闭旁通,具有操作简单、使用可靠等特点。本文对井下防喷器旁通启闭短节密封的密封原理、密封过程、以及密封条件进行深入分析研究,从密封的材料、结构、尺寸、形位误差等多方面着手,对影响井下防喷器旁通启闭短节密封的因素进行讨论,找出影响其密封的主要因素,并通过改变这些因素对井下防喷器旁通启闭短节密封进行优化分析,进而提高密封性能,为井下防喷器旁通启闭短节密封结构的设计以及工作过程中旁通启闭短节的选择提供了理论依据。本文运用有限元分析的方法,对影响旁通启闭短节密封性能的各项因素进行了仿真分析。得到了配合锥角、摩擦系数、材料、阀芯与阀座结构、同轴度误差等因素对旁通启闭短节密封性能的影响,并对阀芯开启与关闭时的流场进行了分析。依据同轴度误差对密封性能影响较大这一结果,提出减小同轴度误差和改变密封结构的优化思想,并给出了三种优化方案,进行有限元分析并与普通结构的密封性能进行对比后,最终选用在阀芯上粘合一层橡胶的复合结构阀芯的方案。该结构可以提高无同轴度误差和存在倾斜、偏移同轴度误差时的密封性能。从而为提高井下防喷器的密封性能和减小同轴度误差对密封性能的影响提供了理论依据。通过对井下防喷器旁通启闭短节密封性能的分析,采用以下方式可以有效增加密封性能:1、选择合适的配合锥角、密封面粗糙度、密封面长度、材料;2、对阀芯与阀座结构进行合理优化;3、使用复合式阀芯等。
【关键词】:井下防喷器 旁通启闭短节 锥形密封 密封性能 有限元分析
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE931
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-9
  • 第1章 绪论9-20
  • 1.1 研究背景、目的及意义9-10
  • 1.2 国内外研究现状10-17
  • 1.2.1 井下防喷器的研究现状10-13
  • 1.2.2 钻具旁通启闭短节国内外研究现状13-16
  • 1.2.3 锥形密封研究现状16-17
  • 1.3 井下防喷器旁通启闭短节的结构及工作原理17-18
  • 1.4 研究内容及技术路线18-20
  • 第2章 井下防喷器旁通启闭短节密封机理及条件20-23
  • 2.1 泄漏与密封20-21
  • 2.2.1 密封面微观特性及密封机理20-21
  • 2.2 密封性能影响参数21-22
  • 2.3 密封条件22
  • 2.4 本章小结22-23
  • 第3章 旁通启闭短节密封副有限元分析23-38
  • 3.1 计算模型23-24
  • 3.1.1 建立模型及其力学行为性质23-24
  • 3.1.2 建立模型24
  • 3.2 有限元计算24-25
  • 3.2.1 计算参数24-25
  • 3.2.2 有限元计算方法25
  • 3.3 阀杆一阀芯接触位置结构对密封性能的影响25-27
  • 3.4 配合锥角对密封性能的影响27-28
  • 3.5 阀芯锥头小端直径对密封性能的影响28-30
  • 3.6 摩擦对密封性能的影响30-31
  • 3.7 阀芯密封面宽对密封性能的影响31-33
  • 3.8 材料对密封性能的影响33-35
  • 3.8.1 材料对密封面宽度的影响33-34
  • 3.8.2 材料对应力的影响34-35
  • 3.9 阀座结构对密封性能的影响35-37
  • 3.10 本章小结37-38
  • 第4章 旁通启闭短节启闭过程流场分析38-49
  • 4.1 建立旁通启闭短节流场有限元模型38-40
  • 4.1.1 实体模型的建立38-39
  • 4.1.2 网格模型39
  • 4.1.3 边界条件39-40
  • 4.2 开启过程流场的变化40-44
  • 4.2.1 流速结果对比40-42
  • 4.2.2 流场压力结果对比42-44
  • 4.3 关闭过程流场分析44-48
  • 4.3.1 出口流量对比44-45
  • 4.3.2 流速结果对比45-46
  • 4.3.3 流场压力结果对比46-48
  • 4.4 本章小结48-49
  • 第5章 形位误差对密封性能的影响49-70
  • 5.1 形位误差的定义49
  • 5.2 形位误差影响密封性能机理分析49
  • 5.3 模型的建立49-51
  • 5.4 偏移同轴度误差对密封性能的影响51-60
  • 5.4.1 偏移同轴度误差对位移分布的影响51-54
  • 5.4.2 偏移同轴度误差对应力分布的影响54-60
  • 5.4.3 本节总结60
  • 5.5 倾斜同轴度误差对密封性能的影响60-69
  • 5.5.1 倾斜同轴度误差对位移分布的影响61-63
  • 5.5.2 倾斜同轴度误差对应力分布的影响63-69
  • 5.5.3 本节总结69
  • 5.6 本章小结69-70
  • 第6章 阀芯-阀座锥形密封结构改进70-95
  • 6.1 影响同轴度误差因素分析70
  • 6.2 改进思路70
  • 6.3 减小同轴度误差70-73
  • 6.3.1 结构设计70-71
  • 6.3.2 改进结构有限元分析71-73
  • 6.3.3 本节小结73
  • 6.4 球头阀芯密封73-76
  • 6.4.1 结构设计74
  • 6.4.2 改进结构有限元分析74-76
  • 6.4.3 本节总结76
  • 6.5 复合阀芯密封76-94
  • 6.5.1 结构设计77
  • 6.5.2 柔性密封77-79
  • 6.5.3 阀芯橡胶与阀座摩擦问题有限元法79-80
  • 6.5.4 橡胶超弹性本构模型的应力应变关系80-81
  • 6.5.5 橡胶材料及试验数据的处理81-84
  • 6.5.6 模型建立84
  • 6.5.7 无同轴度误差时有限元仿真84-88
  • 6.5.8 存在偏移同轴度误差时有限元仿真88-91
  • 6.5.9 存在倾斜同轴度误差时有限元仿真91-94
  • 6.5.10 本节小结94
  • 6.6 本章小结94-95
  • 第7章 结论及展望95-97
  • 7.1 结论95
  • 7.2 创新点95
  • 7.3 展望95-97
  • 致谢97-98
  • 参考文献98-102
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果102

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 潘汉军,刘娅;关于同轴度误差定义的分析与探讨[J];现代制造工程;2004年04期
2 陈立杰;张镭;张玉;;同轴度误差的数模研究[J];东北大学学报(自然科学版);2007年04期
3 武双杰;马保振;;快速检测小孔类零件的同轴度误差[J];煤矿机械;2007年08期
4 胡合典;;也谈π形零件八字形同轴度误差的测量[J];计量技术;1983年03期
5 朱正德;小型孔类零件同轴度误差工序间的快速检测[J];计量技术;2000年12期
6 朱正德;小型孔类零件工序间同轴度误差的快速检测[J];柴油机设计与制造;2002年01期
7 潘汉军,刘娅;同轴度误差测量方法分析[J];现代制造工程;2004年08期
8 潘汉军,刘娅;同轴度测量误差的分析与探讨[J];现代制造工程;2004年11期
9 强敏;同轴度误差的检测方法探讨[J];苏州市职业大学学报;2005年03期
10 薛福连;;小型孔类零件工序间同轴度误差的快速检测[J];上海计量测试;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 邢杰;;轴孔类零件同轴度误差的检测探讨[A];中国重汽科协获奖学术论文选编(2000-2001)[C];2002年
2 余新;吴燕;;三坐标测量机测量圆度同轴度误差初探[A];江苏省计量测试学会2006年论文集[C];2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 马慧珍;井下防喷器旁通启闭短节密封研究[D];西南石油大学;2016年
中国知网广告投放
相关机构
>西南石油大学
相关作者
>马慧珍
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026