综合考虑,以正交试验第2次试验方案为最优方案,该方案中各试验因子水平数为A1B2C2。如表4所示,将初始方案与优化后试验方案的仿真分析结果进行对比,2种方案均能满足密封要求,且接触压力峰值低于材料许用应力值;但优化方案的接触压力峰值降低了0.51MPa,Mises应力幅值降低了57.5%,受交变循环应力而发生疲劳失效的周期将会有所增长4月交芯现场应用结构优化前聚氨酯密封胶在钻采过程中的平均使用寿命为90h,密封性可满足一般钻采要求。将优化后的聚氨酯密封胶运用于四川盆地多个油田钻采现场,现场应用结果如表5所示。可知,优化后聚氨酯密封胶的密封性能良好,能够满足欠平衡带压起下钻过程中的钻采要求,且寿命有所增长,从而证明了聚氨酯密封胶三维有限元仿真结果的正确性。
(1)聚氨酯密封胶主密封面的接触压力大于其他部位,主密封面与内锥面拐点处取最大值,该处易产生应力集中效应。欠平衡起下钻过程中,起钻时的接触压力更大,过钻杆本体时的接触压力低于过钻杆接头。
(2)分析单一结构参数对接触压力的影响,结果表明:内锥角增大时,辅助密封段接触压力增大;外锥角变化时,起下钻过程中密封面接触压力峰值与Mises应力最大值产生波动;内径增大时,主密封段接触压力减小。考虑多因素藕合作用,基于正交试验优化的结构参数组合为内锥角240、外锥角640、内径79mm,对应的试验因子水平为A1B2C2。相比初始方案,优化方案的接触压力峰值降低了0.51MPa,Mises应力幅值降低了57.5%,受交变循环应力而发生疲劳失效的周期将会有所增长。极差分析结果显示:对主密封面Mises应力幅值的影响程度排序依次为聚氨酯密封胶内径、外锥角、内锥角。
(3)对优化后的聚氨酯密封胶在琪县、东安等地区的油田进行现场应用,得出聚氨酯密封胶在优化后密封性能可满足钻采要求,且聚氨酯密封胶密封面寿命较之优化前有所增长,验证了聚氨酯密封胶三维有限元仿真分析的正确性。www.sdyuantai.net