一种新型钻具密封结构的旋转防喷器的设计研究

在欠平衡钻井过程中,胶芯是旋转防喷器的核心密封元件。针对旋转防喷器密封胶芯极易损坏的情况,本文在收集分析国内外有关旋转防喷器的设计、分析、计算、使用等资料的基础上,结合国内目前在用的旋转防喷器存在的一些问题,开发了具有新型钻具密封结构的旋转防喷器,解决了目前旋转防喷器密封装置中存在的问题,为进一步改进国产旋转防喷器的工作性能,优化旋转防喷器的结构,提高旋转防喷器的研发水平提供了理论依据和方法。

基于实验的旋转控制头胶芯密封面寿命优化

欠平衡钻井起下钻过程中,旋转控制头胶芯受到交替循环载荷易发生疲劳失效。首先对旋转控制头的密封原理进行分析,得出了动态密封过程中胶芯的受力情况。然后对胶芯材料进行拉伸试验,确立了变形过程中Yeoh本构模型。再应用Abaqus软件建立了胶芯动态密封有限元模型,进行了起下钻过程中胶芯密封过程的模拟以及影响胶芯密封面疲劳寿命的因素进行了优化分析。对胶芯内径进行了优化,对不同外径钻杆应搭配的胶芯内径尺寸进行优化,得到了常用钻杆最优的钻杆胶芯组合。还对不同井口压力作用下钻杆下放和上提速度进行了优化,井压越大越容易造成胶芯疲劳失效,得出了不同压力条件下钻杆的安全下放和上提速度。最后按照中国标准在中国国家石油工业井控设备质量监督检验中心进行了室内密封试验以及现场应用试验证实了有限元优化的可靠性,对提高胶芯使用寿命和油田作业安全具有重要现实意义。