双管采油井口装置大四通优化和疲劳分析.pdf

20一 ■论文广场 石20油和化工设备 一 11年第14卷 双管采油井口装置大四通优化及疲劳分析 李斌，杨振东，蒲勇 (西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500) [摘 要]大四通结构是双管采油井口装置采油树的主要承压部件，在稠油开采的过程中，大四通易损坏，需要经常维修和 替换，增加了采油成本。本文利用Pro／E．_q-维实体建模软件对大四通建立了三维模型，使用ANSYS有限元分析软件对大四通 进行有限元分析和优化设计，最后通过疲劳分析成功预测出大四通的寿命，结果显示，优化设计后的大四通的寿命有明显 的提高。 [关键词]采油井口装置；大四通；结构优化；疲劳分析 双管采油井 口装置是稠油开采 的重要装置 ， 主要由油管头、套管头和采油树三大部分组成 Ⅲ， 其中大四通结构是组成采油树的主要部件，也是 整个采油井 口装置 的主要承压部件 。石油工业 的 快速发展对双管采油井 口装置的可靠性提出了更 高的要求 。从结构的角度分析，主要是改进应力 集中区域的结构尺寸 】，并开展其疲劳寿命的研 究。 l大四通失效分析 从各个油 田现场的使用情况来看，双管采油 井 口装置的大四通结构是最容易破坏的，通常情 况下，大四通 内侧十字相贯线的地方会 出现疲劳 破坏，导致整个装置失效。通过计算发现，十字 相贯线处的应力值最大，是导致大四通失效的主 图1大四通模型 要原因，所 以通过对十字相贯线等局部地方结构 为钢 圈有效密封宽度 ，B=∞／8， 为椭 圆形钢 圈 尺寸的改变，减小应力集 中，提高大四通的使用 的环厚 ，查标准取 1lmm；y表示钢 圈比压 ，查手 寿命。 册取150．3MPa。由上式求得下法兰钢 预紧力为 2有限元分析及优化设计 124．735KN；侧法兰钢圈预紧力56．816KN。预紧 2．1建立模型 状态下螺栓的预紧力等于钢 的预紧力，所 以下 法兰每个螺栓的作用力为15．592KN，侧法兰每个 运用Pro／E建立大四通的三维实体模型如图l所 螺栓的作用力为9．469KN。 不 o M30螺栓承受拉力为： 2．2载荷工况分析 大四通的设计额定工作压力为21MPa，作用 Q=PS=21x~x( )2~-699．557 在大四通上的5个载荷分别为：21MPa内压；M30 每个螺栓上所受的拉力约为87．445KN；M24 螺栓拉力、钢 圈顶紧力：M24螺栓拉力、上法兰 螺栓总拉力为F：PS：21×7c×f 1：100 ． 294KN ， 压力。有关载荷的计算如下： 、2 每个螺栓上所受的拉力约为16．715KN。工作时 根据 阀门设计计算手册，钢圈在预紧状态下 螺栓上的作用力为预紧力与工作时产生的拉力之 需要的压紧力按下式计算： FG=代DG