為提升帶壓起下鉆過程中旋轉(zhuǎn)控制頭聚氨酯密封膠膠芯密封性能，基于虛功原理得到動態(tài)密封過程的有限元控制方程，并進行橡膠單軸壓縮試驗確立聚氨酯密封膠膠芯變形過程中的Y eoh本構(gòu)模型;運用ABAQUS試驗平臺建立聚氨酯密封膠膠芯三維有限元模型，通過模擬起下鉆過程中聚氨酯密封膠膠芯動態(tài)密封過程，得出密封面上受力分布規(guī)律;研究聚氨酯密封膠膠芯內(nèi)錐角、外錐角、內(nèi)徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封性能的影響。結(jié)果表明:聚氨酯密封膠膠芯主密封面的接觸壓力大于其他部位，其中主密封面與內(nèi)錐面拐點處接觸壓力最大;內(nèi)錐角增大時內(nèi)錐面接觸壓力變大，外錐角增大時密封面接觸壓力波動，內(nèi)徑增大時主密封面接觸壓力降低。通過正交試驗對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合為內(nèi)錐角240、外錐角640、聚氨酯密封膠膠芯內(nèi)徑79mm，優(yōu)化方案的接觸壓力峰值降低了0.51Mla,應(yīng)力幅值降低了57.50?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，優(yōu)化方案在滿足聚氨酯密封膠膠芯密封要求前提下，疲勞壽命顯著增長，驗證有限元仿真分析的準確性當井底壓力低于地層孔隙壓力，地層液體可以進入井筒并循環(huán)至地面進行有效處理的鉆井方法，稱為欠平衡鉆井，因其可降低地層損害、提升鉆井效率而被廣泛運用于工程實際。石油鉆采過程中，井噴事故會造成人員傷亡與較大的經(jīng)濟損失，并擾亂正常的工作秩序f27。旋轉(zhuǎn)防噴器(RBOP)是欠平衡帶壓起下鉆過程中重要的井控裝備，可有效預(yù)防井噴事故的發(fā)生。RBOP聚氨酯密封膠膠芯用以密封鉆桿與井筒之間的環(huán)空，它與鉆桿間的接觸壓力極大地影響著防噴器的密封性能。現(xiàn)如今，欠平衡鉆采作業(yè)中對聚氨酯密封膠膠芯密封性能要求越來越高，而國內(nèi)生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)控制頭聚氨酯密封膠膠芯密封性與國外同類產(chǎn)品存在較大差距。因此，改善聚氨酯密封膠膠芯的密封性能可有效提高作業(yè)安全性，降低經(jīng)濟損失，推進帶壓設(shè)備的國產(chǎn)化進程。
    欠平衡鉆井過程中，由于需要反復進行起鉆與下鉆操作、反復過鉆桿本體與鉆桿接頭，聚氨酯密封膠膠芯密封面受交變循環(huán)應(yīng)力而易產(chǎn)生疲勞失效，如圖1所示。因此，在滿足密封要求的前提下，需要降低接觸面上的應(yīng)力幅值。目前常用2種方法描述橡膠材料的力學性能:第一種基于熱力學統(tǒng)計方法，認為橡膠中嫡的減少致使橡膠彈性力恢復;另一種是唯象學理論，將橡膠視作連續(xù)介質(zhì)，用應(yīng)變能密度來描述橡膠的力學性質(zhì)。許多基于現(xiàn)象學理論建立了聚氨酯密封膠膠芯動態(tài)密封CAE模型，并對其密封性能進行了研究。利用ANSYS軟件對旋轉(zhuǎn)控制頭聚氨酯密封膠膠芯進行有元分析，研究了井壓、過盈量、摩擦等對聚氨酯密封膠膠芯與鉆桿間的接觸壓力的影響，并運用現(xiàn)場實驗證明了仿真方法的有效性。在COMSOL軟件上建立過油管防噴器分析模型，并通過改變油室控制壓力及聚氨酯密封膠膠芯長徑比改進了聚氨酯密封膠膠芯的密封性能。通過ABAQUS軟件建立了聚氨酯密封膠膠芯有限元模型，分析了欠平衡帶壓起下鉆過程中聚氨酯密封膠膠芯與鉆桿之間的接觸壓力分布規(guī)律。基于Mooney-Rivlin本構(gòu)模型，對井口偏心工況下的接觸情況進行了分析。探討了聚氨酯密封膠膠芯在不同密封環(huán)境下的失效機制。基于橡膠的超彈性本構(gòu)和有限元分析方法，探討炭的粒徑與含量對聚氨酯密封膠膠芯密封性能的影響;選用Ogle。模型作為聚氨酯密封膠膠芯本構(gòu)模型，研究了井筒壓力對帶壓作業(yè)防噴器閘板聚氨酯密封膠膠芯的疲勞壽命及密封失效的影響?；谳d荷迭代方法，對煤層氣井氣控環(huán)形防噴器聚氨酯密封膠膠芯各變形階段的接觸壓力方程進行推導，并通過有限元仿真進行驗證?；趩屋S拉伸與壓縮試驗確立橡膠材料本構(gòu)關(guān)系，并探討常用鉆桿與聚氨酯密封膠膠芯的最優(yōu)搭配組合。crystalweddingfactory.com.cn