水下采油树油管悬挂器MEC密封基本设计及性能研究

摘要

水下采油树是深海石油开采战略性发展的必需设备,而油管悬挂器密封技术是采油树研发过程中所面临的三大关键技术之一。由于国外水下采油树生产商对油管悬挂器的密封技术实行专利保护及技术封锁,为打破该种僵局,对油管悬挂器密封进行研究显得尤其重要。
　　 本文对油管悬挂器常采用的MEC密封(Metal End Cap Seal)的基本设计及性能研究进行了探讨。油管悬挂器密封主要是指油管悬挂器出油孔与采油树主体间的密封,本文首先根据油管悬挂器设计工况,提出油管悬挂器密封的设计条件,并对MEC密封的结构、MEC密封在油管悬挂器上的安装方式及与其油管悬挂器整体下放安装相关要求等进行了基本设计。其次,采用大型非线性有限元ABAQUS软件,研究了预紧状态下,不同密封沟槽尺寸和压缩量对MEC密封的Von Mises应力分布和密封面接触压力分布的影响;研究得出,密封沟槽轴向高度等于MEC密封轴向高度时,MEC密封的基本力学性能和密封性能较好。分析了工作状态下,不同压缩量和油压对MEC密封的VonMises应力分布和密封面接触压力分布的影响;发现MEC密封具有良好的耐压性能且密封面接触压力满足大于密封介质压力3倍的要求,在理论上可形成良好的密封性能。采用顺序耦合热应力分析方法,分析了温度载荷、压缩量及油压对MEC密封的VonMises应力分布和密封面接触压力分布的影响;得到密封沟槽轴向高度等于MEC密封轴向高度时,压缩量范围在1.6mm～1.9mm情况下,可保证MEC密封的Von Mises应力分布满足弹塑性设计准则且密封面接触压力满足大于密封介质压力3倍的要求。