水下井口頭密封總成結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、水下井口頭系統(tǒng)是水下建井和生產(chǎn)的基礎(chǔ),密封總成作為水下井口頭系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一,其密封性能的優(yōu)劣和工作的可靠性直接影響并決定了整個海洋石油開采系統(tǒng)的安全性和可靠性。密封總成密封壓力等級屬于(超)高壓,工況復(fù)雜,對其性能要求很高。密封裝置除了滿足密封、抗腐蝕性之外,還必須保證其寬溫域(設(shè)計溫度:-20℃——150℃)、長服役年限、耐沖擊、抗疲勞等性能要求。密封總成通過下放工具遠程操控將其坐放至水下井口頭坐封位達到密封狀態(tài),更增加了密封實現(xiàn)

2、的難度,使命完成后還要能被回收重用。因此密封裝置的設(shè)計是整個水下井口頭系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。
　　 本論文以應(yīng)用于1000m以內(nèi)水深,10000PSI壓力等級的水下井口頭系統(tǒng)的密封總成為研究對象,在分析現(xiàn)有密封總成的結(jié)構(gòu)形式、密封材料及下放回收方式的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究密封總成的設(shè)計方案,以密封可靠、下放回收簡單、可重用為目標,確定了水下井口頭密封總成設(shè)計方案。詳細介紹了所設(shè)計的重力坐封式金屬一金屬密封總成的結(jié)構(gòu)組成和工作原理,建立了密封

3、總成力學(xué)分析模型,借助有限元分析軟件ANSYS對主要部件鎖緊套筒、驅(qū)動環(huán)、金屬密封環(huán)進行了仿真分析,分析密封總成在坐放、密封、解封三種工況下的力學(xué)性能,探討了其密封性能隨材料延伸率、彈性模量的變化規(guī)律,并對“限力部件”剪切銷釘和定位螺栓做了強度校核計算。最后借助于ANSYS優(yōu)化模塊,使用零階法和一階法對密封環(huán)的關(guān)鍵部位—凸脊作了優(yōu)化設(shè)計,最終獲得最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)果表明,設(shè)計的密封總成結(jié)構(gòu)合理,強度滿足設(shè)計要求,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后,密封凸