可取式压差作用密封悬挂器优化设计研究

摘要

本文的研究工作主要依托于长庆油田的“低压低产气井排水采气配套工具及工艺技术研究”项目，针对在低压低产气井采用喷射排水采气工艺，常规悬挂器在下入内径Φ62mm的油管后，投放密封球时容易产生投球不到位，无法实现完全坐封，且不能承载质量较大的喷射泵。在原有悬挂器结构的基础上进行改进创新，设计出可取式压差作用密封悬挂器。
　　本文主要研究内容如下：⑴通过对现有常规悬挂器及投送器的文献查阅及现场调研，根据悬挂器的功能和结构特点，进行改进创新，完成总体方案设计，分析了新型悬挂器的结构组成及工作原理，并对关键零部件进行设计计算选型。⑵利用Autodesk inventor三维建模软件对可取式压差作用密封悬挂器进行三维虚拟建模，形成了三维虚拟装配，并进行模拟运动仿真，为后续实际产品的生产加工及装配提供重要的理论参考。⑶根据低压低产气井中采用喷射排水采气工艺时的实际工况参数，在不同的工作参数条件（压力、摩擦系数）下，利用ANSYS有限元分析软件对悬挂器的卡瓦和胶筒进行数值模拟分析，得到压力、应力、结构形状尺寸等之间的相互关系，有利于进一步指导可取式压差作用密封悬挂器的结构参数设计，为今后的悬挂投送器的研制和改进提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的意义

1．2 悬挂器及常规投送器的国内外研究现状

1．2．1 悬挂器的国内外研究现状

1．2．2 常规投送器的研究现状

1．3 本文的研究内容及创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 创新点

1．4 课题的来源与背景

第二章 可取式压差作用密封悬挂器的设计研究

2．1 悬挂器的应用分析

2．2 悬挂器的方案设计

2．2．1 悬挂器的结构设计

2．2．2 悬挂器的主要组成部分

2．2．3 悬挂器的主要设计参数

2．3 悬挂器的工作原理

2．4 关键零部件的设计计算

2．4．1 压缩弹簧的设计计算

2．4．2 剪切销钉的设计计算

2．4．3 密封元件的设计选型

2．5 悬挂器的具体施工工艺

2．6 悬挂器的虚拟装配

2．6．1 Autodesk Inventor三维软件简介

2．6．2 悬挂器三维模型的构建

2．7 本章小结

第三章 可取式压差作用密封悬挂器卡瓦有限元分析

3．1 卡瓦力学理论分析

3．1．1 单轴应力下弹塑性的应力-应变关系

3．1．2 复杂应力状态下塑性屈服准则

3．1．3 卡瓦的弹塑性分析

3．1．4 卡瓦与油管的接触非线性分析

3．1．5 锚定系统的整体受力分析

3．2 锚定系统的物理模型

3．3 卡瓦的有限元力学分析

3．3．1 ANSYS有限元软件及分析方法简介

3．3．2 卡瓦有限元模型的建立

3．3．3 有限元模型网格的划分

3．3．4 约束条件的设定

3．3．5 设计参数下锚定系统的有限元分析

3．3．6 不同工作压差下的接触应力对比分析

3．4 本章小结

第四章 可取式压差作用密封悬挂器胶筒有限元分析

4．1 密封胶筒力学理论分析

4．1．1 胶筒材料-丁腈橡胶的特点

4．1．2 胶筒材料的超弹性理论

4．1．3 Mooney-Rivlin模型的本构关系

4．1．4 密封系统的整体受力分析

4．2 密封系统的物理模型

4．3 胶筒有限元力学分析

4．3．1 胶筒有限元模型的建立

4．3．2 有限元模型网格的划分

4．3．3 设计参数下胶筒的有限元分析

4．3．4 不同工作压差下的接触应力对比分析

4．3．5 不同摩擦系数下接触应力对比分析

4．4 本章小结

第五章 结论及下一步工作

5．1 结论

5．2 下一步工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文