气体钻井连续循环短节主通阀的设计与分析

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1、石油机械一28一CHINAPETROLEUMMACHINERY2014年第42卷第8期●钻井技术与装备气体钻井连续循环短节主通阀的设计与分析冯定于章丽夏成宇钱利勤晏健魏世忠涂忆柳(长江大学机械工程学院)摘要：气体钻井连续循环短节主通阀可能会遇到阀本体强度失效、阀球转动失效和密封失效等问题。对气体连续循环短节主通阀阀球进行了力学分析，计算出靠人工转动阀球打开主通阀时阀体上、下所需的压力差。对主通阀阀体进行了局部三维分析，分析结果表明，最大应力出现在4个上开口挡圈与阀体的作用面上靠近凹槽根部，最大应力达192．8MPa，满足

2、强度条件。对主通阀密封进行了设计和计算，主通阀在内、外压差从5MPa到35MPa的变化过程中，主通阀的密封副所受作用力都大于密封面必须作用力，保证了所设计的主通阀满足密封性能要求。关键词：气体钻井；连续循环短节；主通阀；密封；力学分析；有限元分析中图分类号：TE927文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．08．007DesignandAnalysisofMainValveofContinuousCirculationJointforGasDrillingFengDingYuZh

3、angliXiaChengyuQianLiqinYanJianWeiShizhongTuYiliu(SchoolofMechanicalEngineering，YangtzeUniversity)Abstract：Themainvalveofcontinuouscirculationjointforgasdrillingmayencounterissueslikevalvebodyfailurebylosestrength，failureinballvalveturningandsealfailure．Mechanica

4、lanalysisisconductedforthemainvalve．Thepressuredifferencebetweentopandbottomofthemainvalvenecessaryformanuallyopeningthevalveiscalculated．Thethree—dimensionalanalysisofthemainvalvebodyshowsthatthemaximumstressOccursonthepartofactingsurfaceoftheupfoursplitwasheran

5、dthevalvebodywhichclosetothegrooveroot．Themaximumstressmeetsthestrengthrequirementwiththevalueof192．8MPa．ThemainvalvesealiSdesignedandcalculated．Astheexternalpressureincreasesfrom5to35MPa，theappliedforcesofsealingpairofthemainvalveisgreaterthanthenecessaryforceon

6、thesealingsurface，whichensuresthesealingperformanceofthedesignedmainvalve．Keywords：gasdrilling；continuouscirculationjoint；mainvalve；seal；mechanicalanalysis；FEA钻井连续循环短节可以保证整个钻井过程中钻井介0引言质的不问断循环，进而降低钻井成本和钻井作业的安全隐患，提高钻井效率。在常规气体钻井过程中，钻杆上、卸扣时由于国外连续循环钻井技术的研究始于1998年，气体介质

7、循环通道中断，而被迫停止气体介质的循目前实现方式主要有2种。一种是采用连续循环系环，由此产生了许多不利影响：①钻屑的沉降会减统(CCS)。其优势是：①在密封良好的三联闸板小有效井径，增加钻柱的扭矩和阻力，造成卡钻；防喷器组成的腔体内完成钻杆上卸扣操作和钻井液②欠平衡钻井时，循环中断会破坏环空内及井底压循环流道的切换，确保现场操作的安全性；②使用力的平衡，引起井壁失稳、坍塌及井涌J。气体时仅需配备顶驱，对现有常规钻机具有较好的适应基金项目：国家自然科学基金项目“高造斜率井眼轨迹控制工具主轴井下力学行为研究”(5127505

8、7)；湖北省自然科学基金创新群体项目(2012FFA033)。2014年第42卷第8期冯定等：气体钻井连续循环短节主通阀的设计与分析一29一性，有利于推广使用。其缺点是：结构复杂，体积直流通道的核心组件，安装在短节本体的上部圆柱大，控制难度大，对操作人员要求较高。另一种是孔处。它的关闭件是个球体，球体开有一通孔，通采