【摘 要】
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旋转导向钻井工具是目前先进的钻井设备,密封结构是其重要的组成部分,若密封失效会导致含砂粒、岩屑等各种固相杂质的钻井液侵入导向钻具内部,增大导向节轴承的摩擦影响其偏转功能,使钻具无法按照预定的井眼轨迹进行钻进。本文针对指向式旋转导向钻具的工况条件以及运动特点,结合密封原理设计了适用于全旋转导向钻井工具的组合密封结构并分析了其密封性能,主要研究内容如下:首先,分析了旋转导向钻具的工作原理及工况条件,设
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“井下闭环可控弯接头导向机构基础理论研究（项目编号:51174164）”； 陕西省自然科学基金“基于旋转导向钻井技术的井下闭环可控弯接头系统动力学特性研究”（编号:2018JM5015）； 西安石油大学研究生创新与实践能力培养项目“可控弯接头密封结构的分析及优化”（编号:YCS19213123）；
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旋转导向钻井工具是目前先进的钻井设备,密封结构是其重要的组成部分,若密封失效会导致含砂粒、岩屑等各种固相杂质的钻井液侵入导向钻具内部,增大导向节轴承的摩擦影响其偏转功能,使钻具无法按照预定的井眼轨迹进行钻进。本文针对指向式旋转导向钻具的工况条件以及运动特点,结合密封原理设计了适用于全旋转导向钻井工具的组合密封结构并分析了其密封性能,主要研究内容如下:首先,分析了旋转导向钻具的工作原理及工况条件,设计了适用于指向式旋转导向钻具的组合密封结构,并使用Solid Works建立了组合密封的三维模型。组合密封分为轴向组合密封和球形壳组合密封两部分,其中,轴向组合密封位于导向轴的近钻头端,球形壳组合密封位于球形壳与导向架的接触部分。其次,基于ANSYS有限元仿真软件对轴向组合密封进行了CFD流体仿真,计算了带有岩屑的钻井液对轴向组合密封结构表面的压力,然后使用静力学分析计算了随着时间变化,橡胶密封结构受到的应力和变形量的大小,通过密封失效准则判断其密封性能。最后,利用ABAQUS有限元软件对球形壳组合密封的最大接触应力进行了计算并分析了其密封性能,探究硬度、压缩率、摩擦系数三个参数对组合密封的密封性能影响。从仿真结果来看,当O形圈邵氏硬度HA为90,密封环压缩率为20%时比较合适,可以满足密封要求,密封环摩擦系数为0.32左右时对组合密封的最大Mises应力与最大接触应力影响较大。
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