井下安全阀作为必须使用的安全装置,被广泛应用于高含硫气田和海上油气田的开发中,螺纹密封性能是井下安全阀研发的重要环节之一。针对井下安全阀螺纹密封结构研究相对较少的现状,设计了一种锥面对球面密封的螺纹密封结构,采用4节点双线性轴对称减缩积分单元CAX4R对密封结构进行建模,基于几何非线性、材料非线性和接触非线性的有限元隐式积分算法,分析了结构参数对密封性能的影响,优选了密封锥面倾角75°、密封球面半径20 mm、密封球面弹性体厚度3.5 mm、过盈量0.7 mm作为最终设计参数,并通过有限元模拟和室内试验,验证了有限元仿真模型的正确性以及结构参数设计的合理性,同时表明优选的设计参数能够满足70 MPa密封设计要求。研究结果有效解决了井下安全阀螺纹连接气密封问题,同时为气密封螺纹结构的设计提供了一个新的方向。

高压往复柱塞泵在油田的压裂、酸化和固井等作业过程中常发生失效,特别是作为泵送介质的核心部件阀箱常发生疲劳开裂。为解决柱塞泵阀箱的疲劳失效问题,通过大量的开裂案例分析,系统归纳出油田用高压柱塞泵阀箱发生疲劳开裂的主要诱因,主要包括关键区域的应力集中、阀座区域的冲击作用及泵送介质造成的点蚀等。从结构设计和材料合金设计等2个方面分别进行分析得知,通过优化结构改善阀箱内腔的应力分布情况,以及在阀箱的高强度合金材料的选取上进行改进可延长柱塞泵阀箱的使用寿命。

柱塞泵是油田压裂设备的核心部件,其内部传动齿轮是将旋转运动转换成柱塞往复运动的重要部件,需要长时间承受高速重载的作用,可靠性要求高。针对出口美国的一台2500型柱塞泵中的齿轮两次断裂失效实例进行机理分析,发现曲轴上大齿轮的啮合精度、有效硬化深度特别是造成齿轮疲劳断裂失效的主因。装配过程中带来的轴向载荷会造成小齿轮传动时的冲击,造成小齿轮齿的脆性断裂。上述结论为2500型柱塞泵齿轮传动系统的设计和制造提供了科学依据。