煤层气欠平衡钻井旋转控制头壳体密封环应力分析.pdfVIP

2012年 11月 润滑与密封 NOV．2012 第37卷 第 1l期 LUBRICAT10N ENGINEERING Vo1．37No．11 DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2012．11．006 煤层气欠平衡钻井旋转控制头壳体密封环应力分析 莫 丽 黄 岗 王国荣 夏 焱 袁 光 张 杰 胡 刚 魏晓东 (1．西南石油大学机电工程学院 四川成都 610500；2．中国石油集团钻井工程技术研究院 北京 100195) 摘要：煤层气欠平衡钻井旋转控制头壳体密封环在现场使用容易发生破坏。对旋转控制头聚四氟乙烯密封环密封 性能进行有限元仿真分析，探讨密封环体应力分布规律、密封面的接触应力变化规律以及他们与压缩量的关系。结果表 明：聚四氟乙烯锥角密封环的2个密封面主要接触区域接触应力分布均匀且大小基本相等，适用于旋转控制头壳体密 封；但密封环体应力分布不均，锥面拐角处 (两侧)存在严重压应力集中，可能导致密封环两侧产生压塑性变形而破 坏失效。分析结论得到工程使用的验证，论证了分析的可靠性与实用性。 关键词：煤层气；欠平衡钻井；聚四氟乙烯；接触应力；锥面密封 中图分类号：TH136 文献标识码 ：A 文章编号：0254—0150 (2012)11—027—4 AnalysisonShellSealingRingStressofRotatingControlHead in CoalBedM ethaneUnderbalanceDrilling MoLi HuangGang WangGuorong XiaYan YuanGuang ZhangJie HuGang W eiXiaodong (1．CollegeofMechatronicEngineering，SouthwestPetroleumUniversity，ChengduSichuan610500，China； 2．DrillingResearchInstitute，CNPC，Beijing100195，China) Abstract：Theshellsealingringoftherotatingcontrolhead(RCH)incoalbedmethane(CBM)underbalancedrillingis frequentlydamagedwhenusedonthespot．Thesealingpropertiesofpolytetrafluoroethylene(PrFE)sealingringofRCH shellwasanalyzedbyfiniteelementmethod．Thedistributionrulesofsealingringstress，thevariationofcontactstress，and therelationshipbetweenthem andtheamountofcompressionwereinvestigated．Theresultsindicatethatthedistributionof contactstressisevenandalmostthesameamongthetwomaincontactraeaofsealingofPTFEconical sealingrings，which issuitabletobeusedforshellsealingofRCH．However，thedistributionofstressofsealingringisuneven，and itmaylead toplasticdeformationna dfailureonbothsidesofthesealingringofrthecompressivestressconcen~atedonthecomerof thesealingringcone(bothsides)．Theanalysisresultsachievethesameresultasinpracticalengineering，anditprovesthe analysisisreliabl