通常,水平井洗井冲砂采用反循环作业工艺,使用井口密封装置封闭钻具与井壁的环空。胶芯作为井口密封装置的核心部件,一旦密封失效,将导致整体作业失败。研制一种新型井口密封装置,分析胶芯在几种典型工作状态下的受力与变形规律,开展胶芯密封机理研究。利用有限元法对胶芯关键尺寸进行优化设计,并进行测试研究,对于提高密封装置的使用性能及寿命具有重要指导意义。

为提升带压起下钻过程中旋转控制头胶芯密封性能,基于虚功原理得到动态密封过程的有限元控制方程,并进行橡胶单轴压缩试验确立胶芯变形过程中的Yeoh本构模型;运用ABAQUS试验平台建立胶芯三维有限元模型,通过模拟起下钻过程中胶芯动态密封过程,得出密封面上受力分布规律;研究胶芯内锥角、外锥角、内径等结构参数对密封性能的影响。结果表明:胶芯主密封面的接触压力大于其他部位,其中主密封面与内锥面拐点处接触压力最大;内锥角增大时内锥面接触压力变大,外锥角增大时密封面接触压力波动,内径增大时主密封面接触压力降低。通过正交试验对结构参数进行优化,得到的最优结构参数组合为内锥角24°、外锥角64°、胶芯内径79 mm,优化方案的接触压力峰值降低了0.51 MPa,Mises应力幅值降低了57.5%。现场应用结果表明,优化方案在满足胶芯密封要求前提...

海上油田洗井冲砂作业过程中,需使用自封封井器实现管柱上下活动过程的动密封,但常规的自封封井器由于压盖的压紧力不同,造成起下管柱的摩擦力和胶芯的密封力之间相互制约。针对上述问题,研制了新型自封封井器。顶丝总成取代了常规自封封井器结构上的压盖和压环,优化胶芯设计结构,密封段分为主密封段、辅密封段和R腔三部分,胶芯胶料以氯丁像胶、氯醚橡胶添加进口胶烟片一号为主,采用注胶工艺压制。地面条件下密封性能试验结果表明,新型自封封井器胶芯密封耐压达20MPa,上下法兰钢圈槽密封耐压达21-28MPa。