水下井口头系统下放工具关键部件设计与分析

水下井口头系统是深海油气钻采必不可少的设备,常规套管挂和密封总成下放工具不能满足现场需要。建立了套管挂和密封总成下放工具力学模型,采用该模型可以直观地描述下放工具受力情况,根据力学模型和分析结果对下放工具进行结构设计。利用ANSYS有限元分析软件对下放工具套管挂携带单元和驱动单元进行接触分析和强度分析。分析结果显示,套管挂携带锁块、挡环和芯轴等关键部件最大应力值小于材料屈服强度,其变形量很小亦可忽略;该下放工具结构满足设计要求,材料选择符合作业标准,可为套管挂和密封总成下放工具的研究提供设计经验。

密封总成内凸缘接触应力影响因素研究

为研究水下井口头系统密封总成与套管悬挂器外壁接触应力的变化规律,以密封体内凸缘为研究对象,在密封机理分析的基础上,建立了密封总成安装力学模型,分析了驱动套筒位移载荷、环槽宽度和过盈量对接触应力的影响规律。分析结果表明:在内凸缘半径一定时,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力与挤压力有关,驱动套筒位移载荷、环槽宽度和过盈量都会对挤压力产生影响,通过调整三者参数的大小,内凸缘接触应力也会随之发生变化;在环槽宽度为定值的条件下,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力随着位移载荷的增大而增大;位移载荷在10~22 mm时,接触应力随着过盈量的增大而逐渐增大;在过盈量为定值的条件下,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力随位移载荷的增大而增大,但增幅逐渐减小。所得结果可为水下井口头系统密封总成的结构设计与研究提供理论依据。

位移载荷对水下井口头密封总成外凸缘接触应力的影响

为探究驱动套筒位移载荷对密封体外凸缘接触应力的影响,构建密封总成力学模型,采用该模型可以直观地描述密封总成的受力情况。利用ANSYS有限元分析软件,研究不同位移载荷对密封总成外凸缘接触应力的影响。研究结果表明:当环槽宽度、外凸缘半径不变时,接触应力随着过盈量的增大而增大;当环槽宽度、过盈量不变,外凸缘半径为3.5 mm时,接触应力达到最小值;在相同外凸缘半径条件下,接触应力随着位移载荷的增大而增大,且增幅有上升的趋势;外凸缘半径、过盈量不变时,接触应力随着环槽宽度的增大逐渐减小,减幅相对较小;环槽宽度相同时,接触应力随位移载荷的增大而均匀增大。研究结果可为密封总成结构的设计和位移载荷的确定提供理论指导。