水下立式采油树油管悬挂器设计研究.pdf

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1、中图分类号：TE952单位代码：10425学号：Z12040258水下立式采油树油管悬挂器设计研究DesignandResearchofVerticalSubseaX-masTreeTubingHanger工程领域：机械工程研究方向：海洋石油装备技术作者姓名：张凯校内老师：刘健副教授校外老师：邓平高工二〇一五年五月DesignandResearchofVerticalSubseaX-masTreeTubingHangerAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangKaiSupervisor：A.

2、Prof.LiuJianS.EngineerDengPingCollegeofMechanical&ElectronicEngineeringChinaUniversityofPetroleum(EastChina)摘要油管悬挂器作为水下采油树系统的核心设备，其能否安全可靠的工作关系到深水石油开发的成败。本文根据海洋深水石油开发的作业要求，开展油管悬挂器的设计研究，早日突破关键技术阻碍，实现水下采油树系统的国产化。依据API相关规范，在对比国外产品特点的基础上，提出一套总体研究方案，详细阐述了深水下放安装作业流程，对油管悬挂器主体结构、锁紧结构、密封结

3、构、电液通道布局进行了详细设计，完成了主体结构的校核和锁紧环的受力分析，并对油管悬挂器下放工具进行了概念设计，运用SOLIDWORKS建立油管悬挂器及其下放工具的三维模型。完成了核心部件材料的选取，运用有限元软件ABAQUS对主体结构座放台肩、锁紧结构、卡簧、下放工具锁紧环进行了强度分析。密封技术是水下石油装备的关键技术，因此本文着重对油管悬挂器密封技术和密封性能进行了研究。分析了国外石油装备公司的的密封技术，对国外不同公司产品的技术特点进行了总结，并对其各项性能指标进行比较。通过对密封关键技术的分析，指出高温、高压、强腐蚀环境下油管悬挂器密封的发展方

4、向是新材料和新型密封结构。以金属密封结构为研究对象，建立了油管悬挂器密封的力学分析模型和材料模型，对两种不同接触面形式圆弧形接触面（密封Ⅰ）和倾斜接触面（密封Ⅱ）的密封性能进行分析，在ABAQUS软件中建立的有限元模型，通过改变密封的过盈量、压力载荷、温度载荷、弹性模量四个变量来分析金属密封圈最大Mises应力、最大接触压力及接触压力在接触面上的变化情况，从而对密封在不同工况下的性能进行分析。对弹性体密封在不同压缩率下的Mises应力和接触压力进行了有限元仿真，完成了密封结构的性能分析。最后对全文进行了总结，并展望了立式油管悬挂器下一步的研究工作。关键

5、词：立式油管悬挂器，结构设计，有限元分析，密封iDesignandResearchofVerticalSubseaX-masTreeTubingHangerZhangKai（mechanicalengineering）DirectedbyA.Prof.LiuJianABSTRACTTubinghangeristhekeyequipmentofsubseaX-mastreesystem,whetheritcouldworkreliablyornotconcernsthedeepseaoilproduceprocess.Inthispaper,basedo

6、ntherequirementsofsubseaoilexploration,todesignthetubinghangersystem,trytomakebreakthroughofthekeytechnologyearlier,andrealizethelocalizationofsubseaX-mastreesystem.AccordingtotheAPI,andbasedonthecomparisonoftheforeigncompanyproducts,aresearchplanofthetubinghangerwasproposed,the

7、runningandinstallationprocedureoftubinghangerwasdisplayedspecifically.Finishedthedesignoftubinghangermainbody,lockingstructure,sealstructure,electricalandfluidchannel.Completedthemainstructurecheckandlockingringforceanalysis,thentheconceptdesignofthetubinghangerrunningtoolwascom

8、pleted.SOLIDWORKSwasappliedforconstructionofthe