压缩式封隔器胶筒结构改进及密封性能分析_刘松

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1、２０１３年第４２卷石油矿场机械第４期第６７页ＯＩＬＦＩＥＬＤＥＱＵＩＰＭＥＮＴ２０１３，４２（４）：６７～７０文章编号：１００１－３４８２（２０１３）０４－００６７－０４压缩式封隔器胶筒结构改进及密封性能分析刘松１，吴静２，董晓明１（１．中国石化胜利油田海洋钻井公司，山东东营２５７０００；２．胜利勘查设计研究院有限公司，山东东营２５７０２６）①摘要：介绍了常规封隔器的结构和不足。利用有限元软件（ＡＢＡＱＵＳ）建立封隔器胶筒模型，得到不同结构参数下

2、的最大接触应力值和轴向压缩量。提出一种新型的封隔器结构，并对其有限元模型进行接触分析，得到不同紫铜厚度下的最大接触应力值。选取了胶筒结构的最优参数以及紫铜的厚度。分析对比表明，不等长胶筒的改进型封隔器结构具有较好的密封效果。关键词：封隔器；胶筒；密封；接触应力；有限元分析中图分类号：ＴＥ９３１．２０３文献标识码：ＡＳｅａｌｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄＰａｃｋｅｒｓＲｕｂｂｅｒ１，ＷＵＪｉｎｇ２，ＤＯＮＧＸｉａｏ－ｍｉｎｇ１ＬＩＵＳｏｎｇ（１．ＯｆｆｓｈｏｒｅＤ

3、ｒｉｌｌｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，ＳＩＮＯＰＥＣ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｅｎｇｌｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０２６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｐａｃｋｅｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｈｏｒｔａｇｅｓ．Ｔｈｅｒｕｂｂｅｒｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｎｔａｃｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｍａｘｃｏｎ－ｔａｃｔｓｔｒｅ

4、ｓｓａｎｄａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｎｅｗｐａｃｋｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｂｙｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｔｈｅｍａｘｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｅｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｄｃｏｐｐｅｒ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｒｕｂｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ

5、ｏｆｔｈｅｒｅｄｃｏｐｐｅｒｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｂｙｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔ，ｔｈｅｕｎｅ－ｑｕａｌｌｏｎｇｒｕｂｂｅｒｏｆｉｍｐｒｏｖｅｄｐａｃｋｅｒｉｓｔｈｅｂｅｓｔｓｅａｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｃｋｅｒ；ｒｕｂｂｌｅ；ｓｅａｌｉｎｇ；ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓ；ＦＥＭ封隔器的类型颇多，压缩式封隔器在我国是主性能。流产品，其工作性能主要取决于胶筒的密封性能，而１常规封隔器的结构和不足胶筒的可靠性受其材质、结构等影响。国内外对胶筒的研究主要集中在结构改进、井下工作性能分析、常规封隔器结构如图１所示，一般是由３个相

6、材料改良、胶筒室内试验研究等方面，取得了一定的同的胶筒组成。国内已有很多学者对其密封性能进成效。但是，由于井下工况的多变性和胶筒力学特行分析研究。众多研究表明：常规封隔器的３个胶性的复杂性，很难得到确切的试验成果。封隔器的［１］筒受力变形不均，其中上胶筒起着主要密封作用，而胶筒是橡胶材料，属于超弹性材料。本文在前人中胶筒和下胶筒的效果不明显。封隔器的失效主要关于封隔器理论研究的基础上，利用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ来模拟胶筒的变形及接触应力［２］，并对是由于上胶筒的表层撕裂造成的，这表明了常规封改进型封隔器进行分析，以提高封隔器胶筒的密封隔器在结构

7、方面都存在缺陷。①收稿日期：２０１２－０９－２８作者简介：刘松（１９８６－），男，山东聊城人，硕士，主要从事海洋石油装备技术研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｕｒ＿ｆｒｉｅｎｄｌｓ＠１６３．ｃｏｍ。·６８·石油矿场机械２０１３年４月２．１胶筒高度分析得到不同胶筒高度下的最大接触应力值，如图４。研究表明：胶筒的高度和胶筒与套管壁之［５］间的间隙对胶筒密封性能影响很大，当胶筒的高度过长时容易引起失稳；胶筒高度较小时，其承受的坐封压力很小。由图４可知，在胶筒高度

8、为８５ｍｍ时取得最大应力值１２．８３ＭＰａ。图１常规封隔器的三胶筒结构２影响胶筒密封性能的因素封隔器胶筒的结构参数如图２，密封性能可由［３］胶筒与套管