润滑与密封

作者：郭良林，宋顺平，李刚，李俊雄，韩雪莹，夏成宇

单位：长江大学机械工程学院,,川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司,,川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司,,长江大学机械工程学院,,长江大学机械工程学院,,长江大学机械工程学院,

关键词：旋转控制头;胶芯;单轴压缩试验;密封性能;正交试验;优化设计

基金：国家自然科学基金项目（51405032）； 页岩油气国家重点实验室开放基金项目（20-YYGZ-KF-GC-16）；中国石油天然气集团有限公司先导项目（20190302-06） 

为提升带压起下钻过程中旋转控制头胶芯密封性能，基于虚功原理得到动态密封过程的有限元控制方程，并进行橡胶单轴压缩试验确立胶芯变形过程中的Yeoh本构模型；运用ABAQUS试验平台建立胶芯三维有限元模型，通过模拟起下钻过程中胶芯动态密封过程，得出密封面上受力分布规律；研究胶芯内锥角、外锥角、内径等结构参数对密封性能的影响。结果表明：胶芯主密封面的接触压力大于其他部位，其中主密封面与内锥面拐点处接触压力最大；内锥角增大时内锥面接触压力变大，外锥角增大时密封面接触压力波动，内径增大时主密封面接触压力降低。通过正交试验对结构参数进行优化，得到的最优结构参数组合为内锥角24°、外锥角64°、胶芯内径79 mm，优化方案的接触压力峰值降低了0.51 MPa，Mises应力幅值降低了57.5%。现场应用结果表明，优化方案在满足胶芯密封要求前提下，疲劳寿命显著增长，验证有限元仿真分析的准确性。

来源：2022年第2期

《润滑与密封》期刊编辑部

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