煤层气欠平衡钻井旋转控制头壳体密封环应力分析

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1、2012年11月润滑与密封NOV．2012第37卷第1l期LUBRICAT10NENGINEERINGVo1．37No．11DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2012．11．006煤层气欠平衡钻井旋转控制头壳体密封环应力分析莫丽黄岗王国荣夏焱袁光张杰胡刚魏晓东(1．西南石油大学机电工程学院四川成都610500；2．中国石油集团钻井工程技术研究院北京100195)摘要：煤层气欠平衡钻井旋转控制头壳体密封环在现场使用容易发生破坏。对旋转控制头聚四氟乙烯密封环密封性能进行有限元仿真分析，探讨密封环体应

2、力分布规律、密封面的接触应力变化规律以及他们与压缩量的关系。结果表明：聚四氟乙烯锥角密封环的2个密封面主要接触区域接触应力分布均匀且大小基本相等，适用于旋转控制头壳体密封；但密封环体应力分布不均，锥面拐角处(两侧)存在严重压应力集中，可能导致密封环两侧产生压塑性变形而破坏失效。分析结论得到工程使用的验证，论证了分析的可靠性与实用性。关键词：煤层气；欠平衡钻井；聚四氟乙烯；接触应力；锥面密封中图分类号：TH136文献标识码：A文章编号：0254—0150(2012)11—027—4AnalysisonShellSeali

3、ngRingStressofRotatingControlHeadinCoalBedMethaneUnderbalanceDrillingMoLiHuangGangWangGuorongXiaYanYuanGuangZhangJieHuGangWeiXiaodong(1．CollegeofMechatronicEngineering，SouthwestPetroleumUniversity，ChengduSichuan610500，China；2．DrillingResearchInstitute，CNPC，Beiji

4、ng100195，China)Abstract：Theshellsealingringoftherotatingcontrolhead(RCH)incoalbedmethane(CBM)underbalancedrillingisfrequentlydamagedwhenusedonthespot．Thesealingpropertiesofpolytetrafluoroethylene(PrFE)sealingringofRCHshellwasanalyzedbyfiniteelementmethod．Thedist

5、ributionrulesofsealingringstress，thevariationofcontactstress，andtherelationshipbetweenthemandtheamountofcompressionwereinvestigated．TheresultsindicatethatthedistributionofcontactstressisevenandalmostthesameamongthetwomaincontactareaofsealingofPTFEconicalsealingr

6、ings，whichissuitabletobeusedforshellsealingofRCH．However，thedistributionofstressofsealingringisuneven，anditmayleadtoplasticdeformationandfailureonbothsidesofthesealingringforthecompressivestressconcen~atedonthecomerofthesealingringcone(bothsides)．Theanalysisresu

7、ltsachievethesameresultasinpracticalengineering，anditprovestheanalysisisreliableandpractica1．Keywords：coalbedmethane；underbalancedrilling；polytetrafluoroethylene；contactstress；conicalseal煤层气高效、低成本开采主要依靠欠平衡钻井技为6O。，同时密封面宽度远远超过相关设计规范的要术，而旋转控制头则是煤层气欠平衡钻井作业的关键求，密封环应具

8、有良好的密封性能与使用寿命一，设备。旋转控制头的作用是将井筒高压钻井液但在使用过程中却发现聚四氟乙烯密封环常发生失(气)与外界隔离，因此各个位置的密封则成为旋转效。为分析聚四氟乙烯密封环的工作状态，需要对相控制头的关键技术之一，其中壳体密封不仅要求耐腐对完整的结构整体模型进行分析，若采用解析法进行蚀，而且还要求密封装配简单容易操作