闸板防喷器关键密封件设计与研究

摘要

闸板防喷器是井控系统中最重要的设备，闸板胶芯和侧门密封等是闸板防喷器的关键密封件。目前国内闸板防喷器关键密封件存在的突出问题是：变径闸板密封范围小；侧门密封不可靠；橡胶材料不耐硫化氢，不能完全满足现场井控工艺要求。本课题针对上述问题开展了设计与研究。以FZ35-70闸板防喷器为研究对象，对其27/8〃～5〃变径闸板前密封进行了结构设计，应用MSC.Marc有限元软件对橡胶变形和应力进行了非线性分析，进行了产品型式试验；对侧门密封的失效原因进行了分析，计算了侧门变形，设计和试验了新型密封结构；对闸板胶芯橡胶材料的耐硫化氢性能进行了全面测试和评价。通过上述研究，研制成功27/8〃～5〃变径闸板前密封，探索了非线性有限元分析用于复杂弹性体模拟计算的新方法；提出了侧门变形的简化计算模型和计算方法，设计了两种新型密封结构，试验效果良好；测试表明氢化丁腈橡胶可用作耐高浓度硫化氢闸板胶芯，常用的丁腈橡胶闸板胶芯可在低浓度硫化氢环境短时间工作。

目录

文摘

英文文摘

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第1章前言

1.1防喷器的发展及现状

1.1.1国内防喷器的发展及现状

1.1.2国外防喷器的发展及现状

1.2闸板防喷器关键密封件的技术现状及发展

1.2.1普通管子闸板胶芯的设计与分析

1.2.2新型闸板的研究

1.2.3适应性能的研究

1.3国内产品的差距与技术发展方向

1.4本课题的研究内容及技术路线

1.4.1主要研究内容

1.4.2研究技术路线

第2章变径闸板前密封胶芯设计和分析

2.1概述

2.2变径闸板前密封胶芯结构设计

2.2.1变径闸板前密封胶芯的密封原理

2.2.2变径闸板前密封胶芯结构参数设计

2.2.3骨架结构设计

2.3变径闸板前密封胶芯有限元分析

2.3.1有限元分析模型的建立

2.3.2低密度网格划分试算

2.3.3 2 7/8"钻杆封井的有限元计算分析

2.3.4 5"钻杆封井的有限元计算分析

2.3.5有限元分析结论

2.4产品验证试验

第3章侧门密封的设计和分析

3.1概述

3.2侧门密封的机理

3.3侧门密封失效机理分析

3.4侧门弯曲变形的计算分析

3.4.1简化计算分析

3.4.2侧门弯曲有限元分析

3.4.3计算结果分析与设计改进

3.5新型侧门密封结构的设计与试验

3.5.1抗挤侧门密封圈的设计与试验

3.5.2浮动环压力自紧密封机构的设计与试验

第4章闸板胶芯耐硫化氢橡胶材料研究

4.1闸板防喷器胶芯的工作条件

4.2橡胶的耐硫化氢性能分析

4.3试验配方的调试与硫化体系试验

4.3.1 HNBR配方及硫化体系试验

4.3.2其他橡胶的配方和硫化体系

4.3.3橡胶的常温性能

4.4标准环境下的橡胶耐酸气性能测试

4.4.1试验条件

4.4.2试验结果

4.5模拟环境下的丁腈橡胶耐酸气性能测试

4.5.1试验条件

4.5.2试验结果

第5章结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果