海上完井防砂密封模块密封性能研究.pdfVIP

第 卷第 期 钻采工艺 钻采机械 海上完井防砂密封模块密封性能研究 左 凯鞠少栋马认琦包陈义刘传刚吴占民 中海油能源发展监督监理技术公司 左 凯等海上完井防砂密封模块密封性能研究钻采工艺 摘 要 密封模块是海上油气田完井防砂和生产管柱中常用的密封组件其密封可靠性对于现场作业安全至 关重要 为研究密封模块的密封性能基于参数化建模方法利用 软件建立密封模块轴对称有限元分析模 型确定橡胶件材料常数计算其接触压力与等效应力进行密封模块关键影响因素分析 研究表明橡胶件硬度 与初始压缩量越大钢件与密封筒间隙越小橡胶件接触压力越大 而橡胶件等效应力受硬度影响较大设计时推 荐橡胶件邵氏硬度大于 初始压缩量大于 接触宽度大于 钢件与密封筒的间隙小于 基 于文章理论方法和结论自主设计的密封模块已在海上油田得到成功应用 关键词密封模块 参数化 密封性能 影响因素 海上油气田完井防砂服务管柱和生产管柱常用 套管大小按尺寸可分为 密封模块组件与外部管柱配合形成密闭空间以实 四种规格其常用结构形式如 现试压循环充填等各种井下关键作业密封模块 图 所示 需具备耐高压耐磨损密封性能稳定等特性其结 密封模块内部通过型密封圈的活塞密封形 构相对比较简单但其密封可靠性直接关系到完井 式实现其与服务工具密封短节的轴向密封外部通 防砂和生产作业的成败 目前海上油气田大多使用 过橡胶件与不同规格密封筒内壁配合实现其与外层 进口的密封模块国内还未掌握其设计与制造的关 工具的轴向密封从而在防砂动管柱作业中实现服 键核心技术开展密封模块的密封性能理论研究可 务工具与外层管柱的环形密封 密封模块最高工作 加快密封模块组件自主设计进程是我国海上完井 压力设计为 同时需要具备抗冲蚀耐磨损 防砂工具与生产管柱国产化工程的重要组成部 防腐蚀等功能特性 分 本文利用 软件建立密封模块轴对称有 限元模型基于橡胶件材料本构模型确定其材料常 数带入有限元模型分析橡胶件的密封性能与强度 是否满足要求同时研究橡胶件初始压缩量接触尺 寸硬度及钢件与密封筒间隙变化对密封性能的影 响规律 相关方法和结论可为密封模块结构设计提 图密封模块结构形式 供参考 一密封模块基本结构与功能原理 二橡胶件 模型 及其材料常数确定 常规的密封模块由橡胶件和钢件两种材质硫化 或胶结成一体结构形式多种多样根据不同井眼和 确定超弹性材料非线性特性非常困难 目前常 收稿日期 修回日期 基金项目 国家科技重大专项子课题完井防砂工具系列化及现场应用 部分研究内容 作者简介 左凯 工程师 年毕业于西南石油大学过程装备与控制工程专业现从事海洋石油钻井完井修井井下工具方 面的研究工作 地址 天津市塘沽区渤海石油路 号监督监理技术公司新楼 室电话 钻采工艺 年 月 用的是以大变形理论与应变能密度为基础的本构理