采油(气)井口卡箍连接器密封性能研究

针对工程中卡箍连接器存在的泄漏问题,建立计算模型,推导油缸拉力计算公式;通过对底座与毂之间O形密封圈进行非线性有限元分析,研究其密封性能,获得最大接触应力与底座反作用力,并改进卡箍连接器油缸拉力计算公式;通过卡箍连接器有限元静态分析,研究危险部位应力以及整个卡箍的应力分布规律,并就危险区域进行改进,为卡箍连接器的合理设计提供了理论依据和改进建议。

水下卡箍连接器金属密封圈结构优化

水下卡箍连接器金属密封圈的结构对密封性能影响很大。为得到最优的密封圈结构尺寸,通过有限元静力学分析及优化模块,分析金属密封圈所受的接触应力与结构参数之间的关系。结构优化以法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度为设计变量,最大接触应力和最小法兰轴向力为目标函数,密封圈最大等效应力为约束变量,建立水下卡箍连接器的多目标优化模型,并使用响应面方法对其进行优化,得到多目标优化下密封圈最佳的尺寸组合。结果表明:在法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度4个参数中,法兰锥面倾角对密封圈所需轴向力影响最大,角度越小,密封圈所需要的轴向力越小;优化后的密封圈在同样接触应力时,最大等效应力降低7.7%,法兰轴向力降低37.3%。可见在密封相同压力下,优化后密封圈需要的轴向力更小,因而使用寿命更长。

水下采油树节流阀卡箍式连接器强度分析

卡箍式连接器被广泛用于水下采油树节流阀的连接锁紧,起到防止油气泄漏、支撑密封圈和承载复杂载荷的作用,研究其强度性能对确保水下采油树平稳运行具有重要意义。以一种应用于3 000m水深的采油树阀芯可回收式节流阀连接器为例,提出了理论分析与有限元方法相结合的卡箍式连接器强度分析方法:首先针对典型工况下水下采油树节流阀采用的三瓣式卡箍式连接器,推导其强度分析关键参数计算公式,得出连接器预紧力和锁紧力;然后运用ABAQUS有限元方法对卡箍式连接器进行三维建模,研究锁紧力状况下卡箍强度,得到连接器整体的应力分布情况;最后通过改变法兰锁紧型面角度,分析法兰型面角度与连接器最大Mises应力的关系,得出法兰最佳锁紧型面角度为10°～15°。本文研究成果可为水下采油树节流阀卡箍式连接器的设计提供参考。

卡箍式水下连接器着陆缓冲过程仿真分析

卡箍式水下连接器稳定的着陆过程将有效减小着陆时连接器对密封圈的冲击,进而避免密封失效。通过Matlab仿真软件对连接器缓冲机构进行建模,针对其关键环节进行多参数模拟。模拟结果表明,由液压系统组成的缓冲机构能够有效起到缓冲连接器平稳着陆的效果,相比没有缓冲机构的连接器着陆时的冲击减小90%;缓冲机构中节流阀对缓冲机构液压系统起到了保证压力平稳的作用,当其开度为200 mm2时缓冲效果最好,稳定时间缩短70%;减压阀能够有效降低接触时液压系统的压力峰值,当调定压力为20 MPa时连接器着陆时的接触速度降低约50%。弹簧机构的引入,虽然使缓冲时间延长近80%,但是明显减小了着陆时的冲击,改善了缓冲机构的缓冲效果。研究结果为卡箍式水下连接器着陆缓冲机构的深入研究提供了参考依据。