水下井口連接器密封接觸特性研究.pdf

1、隨著地球陸上石油和天然氣的日益枯竭，世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向水下油氣資源的開采，而水下油氣開采與生產(chǎn)裝備已經(jīng)成為水下油氣裝備必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)。進(jìn)行深水開采的前提條件是具有安全、可靠、高效的深水井口連接技術(shù)。在水下生產(chǎn)系統(tǒng)中不同工況及惡劣的海洋環(huán)境使深水井口連接器的高壓密封會產(chǎn)生失效泄漏，危及整個水下生產(chǎn)系統(tǒng)的安全，已經(jīng)引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。本文針對水下井口連接器高壓密封問題，對井口連接器在預(yù)緊、生產(chǎn)、完井/修井工況下的密封

2、接觸特性及疲勞壽命進(jìn)行了研究，其主要內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　（1）建立深水井口連接器的簡化力學(xué)模型，研究了預(yù)緊工況、生產(chǎn)工況和完井/修井工況條件下驅(qū)動環(huán)、卡爪、本體和金屬密封圈之間的接觸載荷及井口撓度，提出了基于井口連接器內(nèi)部壓力的預(yù)緊力及驅(qū)動環(huán)驅(qū)動力公式，為深水井口連接器的實(shí)際運(yùn)用提供了理論依據(jù)。并從微觀角度研究了金屬材料的靜密封形成過程，分析了金屬接觸面由環(huán)線型密封到環(huán)帶型密封的過程，發(fā)現(xiàn)金屬密封圈若要形成有效可靠的密封條件，必

3、須要有足夠大的預(yù)緊力對金屬密封面進(jìn)行擠壓，使金屬密封圈發(fā)生塑性變形從而填滿密封面的微觀細(xì)小間隙，最終形成有效的密封接觸面。
　　（2）通過對井口連接器密封結(jié)構(gòu)數(shù)值模型進(jìn)行仿真分析，得到預(yù)緊和生產(chǎn)工況金屬密封圈與本體、井口的接觸載荷、接觸應(yīng)力、有效接觸寬度、壓縮與回彈分析曲線；預(yù)緊工況金屬密封圈的軸向預(yù)緊載荷大于徑向預(yù)緊載荷，說明井口連接器的卡爪連接比直接采取軸向預(yù)緊能夠得到更大的密封預(yù)緊力。生產(chǎn)工況金屬密封圈接觸面接觸載荷基本不變

4、是因?yàn)榻饘倜芊馊Πl(fā)揮了自緊特性。通過將井口連接器預(yù)緊和生產(chǎn)工況分為五個狀態(tài)，定性的分析了井口連接器在各個狀態(tài)的密封性能，并研究了各個主要因素對井口連接器密封性能影響，為井口連接器的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材及零件加工提供理論借鑒。
　　（3）通過ABAQUS軟件調(diào)用編寫的INP程序，模擬井口連接器在完井/修井工況承受的彎矩載荷，研究了金屬密封圈與本體、金屬密封圈與井口在海流浪載條件下的接觸特性。分析金屬密封圈在不同彎矩載荷條件下，金屬密封