芯轴式封隔器金属密封设计及密封性能分析

针对油页岩、页岩油、重质油和富油煤等非常规油气资源采用地下原位改质技术开采,井下存在高温、高压和腐蚀环境,常规封隔器及其密封不能满足工程要求的问题,设计了一种芯轴式金属对金属密封的井下封隔器,密封副采用耐高温和腐蚀的Inconel 625材料,其中密封座采用金属陶瓷涂层结构。进行了封隔器坐封密封原理试验。试验结果表明,封隔器能在油套大环空间隙形成密封,且密封能力随着坐封载荷的增加而增大。基于密封接触能原理,应用ANSYS软件模拟了井下封隔器的密封性能,并对其影响因素进行研究。研究结果表明:涂层厚度和涂层弹性模量对密封能力影响不显著;芯轴密封面椭圆率和过盈量对密封能力影响较大,起决定性作用。基于密封副高温、持久载荷作用下许用应力低和密封能力评价指标,给出了密封结构参数设计方案,密封座涂层材料为Cr_(3)C_(2)-NiCr,涂层弹性模量250 GPa,涂层厚度为0.3 mm,椭圆率为,过盈量为0.02 mm。研究结果可为高温、高压、腐蚀环境下封隔器的开发和应用提供理论指导。