随着国内主要油田逐渐进入开发中后期,定向井、水平井的钻进技术成为油气田勘探开发不断向高温、高压和复杂的深部地层发展的一个重要环节,现如今钻井领域更加关注于如何降低钻井摩阻扭矩,从而更好地增强定向井延伸能力,让油藏产能效益更高。但是现在的减摩降阻工具存在一些密封泄漏和失效的缺陷,更换维修困难较大,劳动强度大,亟待设计密封性能更可靠,寿命更长的振荡短节,本文针对现场使用的水力振荡器振荡短节现有密封结构大多比较容易提前失效现象,对水力振荡器振荡短节的关键密封部件进行失效机理分析,在此基础上利用ABAQUS等软件对易失效部位进行静密封和动密封仿真研究,并提出改进措施。结合失效分析结果设计新的组合橡胶密封结构并对其进行动密封分析和静密封分析,最后提出另一种新的涨簧结构设计并进行动力学仿真研究。研究结果为水力振荡器作业安全提供参考依据,从而为提高水力振荡器减摩降阻功能的应用提供重要指导意义。本文主要研究内容如下:在收集国内外振荡短节主要密封部件研究现状的基础上,分析了振荡短节主要密封部件在使用过程中存在的问题,结合现场使用的165型水力振荡器在井下振荡短节主要密封部件方面的实际研究情况,提出了相应的井下振荡短节主要密封部件工作机理的具体研究方案。完成了振荡短节主要密封部件在静态和动态工作过程的力学分析,利用机械现代设计分析软件SolidWorks建立了水力振荡器振荡短节主要密封部件三维实体模型。利用有限元方法的原理,结合振荡短节主要密封部件的工作机理及结构特点,建立了振荡短节主要密封部件静态和动态工作过程的有限元分析模型,更加准确地模拟了振荡短节主要密封部件的工作过程。针对振荡短节主要密封部件密封橡胶和涨簧在运动和受力状态下的非线性大变形问题,其大变形特征和运动规律直接体现了振荡短节主要密封部件的静态和运动过程,找到了振荡短节主要密封部件在不同工作情况下,橡胶密封和涨簧密封应力、接触压力变化规律及状况,为分析橡胶和涨簧的密封工作性能提供了理论依据。对比了振荡短节部位原有密封结构和复合密封件的结构进行了有限元模拟,并对结果进行了对比研究,说明在静密封中,密封槽与传动轴的密封效果好,但在凹陷处容易过早发生失效。说明在动密封中,传动轴在往复运过程中,会形成金属与金属之间的剧烈摩擦作用,在瞬态下会形成过热,导致传动轴与内筒接触位置发生热作,产生黏着磨损,因此容易过早发生失效。对比了振荡短节部位活塞位置原有橡胶密封结构和涨簧密封件的结构进行了有限元模拟,并对结果进行了对比研究,对不同材料的涨簧进行的静力学与运动学的仿真研究,表明涨簧的弹性模量越小,变形越大,总体应力在允许范围内,且涨簧结构的密封件优于橡胶密封结构,不会发生黏着磨损和早期失效。本论文通过对水力振荡器振荡短节主要密封部件进行静力学、运动学仿真分析的基础上,采用几何、材料非线性接触问题的方法建立了水力振荡器密封结构的有限元分析模型及仿真模型,计算出了水力振荡器主要零部件在静态密封和往复运动密封性能参数,为分析现有水力振荡器振荡短节密封结构的工作性能和设计新型的水力振荡器提供了新的理论和方法,为进一步提高水力振荡器的理论研究水平,减少井下事故,提高油气勘探开发效率,降低生产成本等方面具有十分重要的意义。