水下井口连接器研发现状及密封关键技术研究进展 被引量：1

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作者 李育房 王莹莹 +2 位作者 同武军 王宝富 李兴业 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期187-197,共11页

水下井口连接器是连接水下采油树与井口头的关键设备,为了加快国内水下井口连接器的研发进程,对国内外水下井口连接器发展现状进行了广泛调研,国外水下井口连接器产品系列完善,5家供应商占据了市场垄断地位;国内对水下井口连接器的研究... 水下井口连接器是连接水下采油树与井口头的关键设备,为了加快国内水下井口连接器的研发进程,对国内外水下井口连接器发展现状进行了广泛调研,国外水下井口连接器产品系列完善,5家供应商占据了市场垄断地位;国内对水下井口连接器的研究起步较晚,但目前也初步实现了浅水及深水井口连接器的工程化应用。针对水下井口连接器最为关键的金属对金属密封问题,从密封数值模拟、理论及试验、热-力耦合、密封优化设计等方面研究进展进行了剖析,指出基于线弹性二维或三维有限元方法分析水下井口连接器的非线性问题存在一定偏差;理论方法难以准确推导出水下井口连接器在复合载荷下的密封载荷传递关系,相关试验也难以精确模拟水下井口连接器的真实工况和载荷条件;热-力耦合分析未充分考虑传热边界和初始温度条件,简单按照经验法选取对流换热系数和导热系数,导致连接器密封热-力耦合的温度求解不准确,也缺少相关试验验证压力-温度共同作用下的金属密封能力;密封优化设计方面,目前主要针对接触应力单一目标进行优化,需以接触应力、结构强度、尺寸等多目标进行优化,多角度评估优化后的水下井口连接器结构力学性能。建议深入开展水下井口连接器设计、制造、检验标准的适用性研究,全方位评估水下井口连接器密封影响因素并完善水下井口连接器的密封试验内容,突破水下井口连接器密封关键技术,形成水下井口连接器的研发技术体系,实现海洋油气开发水下井口连接器从浅水到深水、超深水系列化标准化产品。 展开更多

关键词 水下井口连接器 金属密封 热-力耦合 密封关键技术 技术标准 研究进展

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深水采油树井口连接器锁紧机构设计研究 被引量：21

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作者 王军 罗晓兰 +3 位作者 段梦兰 田红平 赵宏林 康永田 《石油矿场机械》 2013年第3期16-21,共6页

分析了水下采油树的关键部件——井口连接器的功能、类型及结构。针对水深300m、设计压力为34.5MPa(5000psi)、设计温度为-18～121℃的卧式采油树,根据ISO13628-4和API17D相应规范,在考虑井口结构、目标油田油藏特性和环境参数的基础上... 分析了水下采油树的关键部件——井口连接器的功能、类型及结构。针对水深300m、设计压力为34.5MPa(5000psi)、设计温度为-18～121℃的卧式采油树,根据ISO13628-4和API17D相应规范,在考虑井口结构、目标油田油藏特性和环境参数的基础上,设计采油树井口连接器,并对关键部件C型锁紧环所需要的液压锁紧力进行计算分析;利用ABAQUS软件对液压锁紧力进行验证和强度校核。计算结果表明:所设计的锁紧机构满足井口连接器和水下采油树的需要。 展开更多

关键词 水下采油树 井口连接器 C型锁紧环 液压锁紧力

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水下采油树H4井口连接器处轴向密封间隙计算方法的研究 被引量：7

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作者 罗晓兰 王军 +2 位作者 李方遒 赵宏林 段梦兰 《中国海洋平台》 2015年第4期82-87,共6页

该文通过对H4井口连接器处的VX钢圈在预紧状态和工作状态下,进行受力分析和变形计算,依据GB150-2011《压力容器》标准中VX钢圈密封面上的法向自紧力必须大于等于工作密封比压的密封可靠性要求,得到了水下采油树H4井口连接器处最大和最... 该文通过对H4井口连接器处的VX钢圈在预紧状态和工作状态下,进行受力分析和变形计算,依据GB150-2011《压力容器》标准中VX钢圈密封面上的法向自紧力必须大于等于工作密封比压的密封可靠性要求,得到了水下采油树H4井口连接器处最大和最小预留轴向密封间隙计算公式。研究表明,此轴向密封间隙不仅与VX钢圈的结构尺寸、双锥面倾角和材料类型有关,而且还与高压井口头直径的大小、油气压力等因素有关。 展开更多

关键词 水下采油树 井口连接器 轴向密封间隙 密封可靠性

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水下井口连接器密封结构性能分析 被引量：17

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作者 唐文献 曹伟枫 +2 位作者 张建 吴进涛 龚光辉 《石油机械》 2016年第3期82-87,共6页

水下井口连接器在生产过程中面临的工况和环境较复杂.通过有限元计算, 分析了连接器在安装预紧工况和生产工况下密封圈的密封性能.研究了轴向预紧力、密封圈接触应力和径向压缩量等参数之间的相互影响规律.通过编写Abaqus 的inp 程序, ... 水下井口连接器在生产过程中面临的工况和环境较复杂.通过有限元计算, 分析了连接器在安装预紧工况和生产工况下密封圈的密封性能.研究了轴向预紧力、密封圈接触应力和径向压缩量等参数之间的相互影响规律.通过编写Abaqus 的inp 程序, 分析完井与修井工况下承受弯矩载荷的井口连接器密封性能, 研究了金属密封圈左右接触面不同弯矩载荷下的接触应力相互影响规律.分析结果表明, 连接器在承受2.02×10^6 N·m 的弯矩条件下, 金属密封圈虽然发生面积较大的屈服, 但是仍然具有密封性, 能够有效密封内压.研究成果可为水下井口连接器的安全应用提供参考. 展开更多

关键词 水下井口连接器 金属密封圈 密封性能 修井 接触应力

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水下卧式采油树井口连接器VX钢圈力学特性研究 被引量：22

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作者 陈晓芳 赵宏林 +4 位作者 罗晓兰 段梦兰 梅静 田红平 叶道辉 《石油机械》 北大核心 2014年第8期62-67,共6页

VX钢圈是水下卧式采油树连接器上的全金属锥形密封圈,其性能好坏直接影响着采油树功能的实现。为保证密封件的性能,需要进行密封件力学特性及相关参数的计算。根据VX钢圈密封的工作原理,对VX钢圈密封锥面进行预紧及操作工况下的力学分析... VX钢圈是水下卧式采油树连接器上的全金属锥形密封圈,其性能好坏直接影响着采油树功能的实现。为保证密封件的性能,需要进行密封件力学特性及相关参数的计算。根据VX钢圈密封的工作原理,对VX钢圈密封锥面进行预紧及操作工况下的力学分析,推导出了VX密封钢圈的预紧接触应力和操作接触应力公式,并用ABAQUS有限元法对推导的VX钢圈的设计计算公式进行验证及相关分析,指出在操作工况下,钢圈接触应力与内压呈线性关系,先随内压增大而降低,到达最低值后,则随内压增大而线性增大,钢圈实现自紧密封。 展开更多

关键词 VX钢圈 全金属锥形密封 力学分析 ABAQUS有限元 井口连接器 卧式采油树

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水下井口连接器力学特性分析与实验研究 被引量：2

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作者 张建龙 张红 +2 位作者 刘书杰 张崇 冯定 《力学与实践》 北大核心 2023年第4期777-782,共6页

基于密封性能对水下井口连接器的力学特性进行分析和试验验证。以高压介质作用下密封性能的判定准则为依据,根据赫兹接触理论得到了接触宽度、最大接触压力与接触面倾角之间的定量关系,确定了密封面倾角满足密封性能的合理范围。在小变... 基于密封性能对水下井口连接器的力学特性进行分析和试验验证。以高压介质作用下密封性能的判定准则为依据,根据赫兹接触理论得到了接触宽度、最大接触压力与接触面倾角之间的定量关系,确定了密封面倾角满足密封性能的合理范围。在小变形假设下利用弹性理论分析了在锁紧情况下密封圈各点处的应力分量变化规律,利用有限元软件分析了密封圈各点的应力变化规律,并且根据水下采油树标准设计试验进行了密封性能的验证。 展开更多

关键词 水下井口连接器 锁紧力 接触理论 密封性能

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螺栓连接式水下井口连接器结构性能分析 被引量：12

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作者 王川 朱宏武 《石油机械》 北大核心 2013年第12期48-52,共5页

水下井口连接器是海洋油气勘探开发的重要设备,工作时面临的工况和环境较复杂。通过三维有限元计算,分析了螺栓连接式水下井口连接器在安装预紧模式、生产模式及钻完井和修井模式下的结构性能,研究了外部载荷、金属密封垫环接触力、螺... 水下井口连接器是海洋油气勘探开发的重要设备,工作时面临的工况和环境较复杂。通过三维有限元计算,分析了螺栓连接式水下井口连接器在安装预紧模式、生产模式及钻完井和修井模式下的结构性能,研究了外部载荷、金属密封垫环接触力、螺栓应力应变等参数之间的相互影响规律。建模时密封垫环采用GK3D8单元来模拟接触的非线性行为,其他模型采用C3D8R单元划分网格。分析结果表明,内压循环载荷对连接器预紧能力的影响很小;钻完井和修井模式下,螺栓是毂面分离后的主要承载部件;连接器在发生塑性破坏或达到结构极限强度时,金属密封垫环仍能有效密封内压。 展开更多

关键词 水下井口连接器 预紧模式 生产模式 接触力 密封垫环 毂面力

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水下井口连接器密封性能影响因素分析与优化 被引量：6

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作者 刘书杰 孟文波 +4 位作者 黄熠 刘和兴 李磊 黄亮 赵苏文 《石油机械》 北大核心 2022年第7期86-91,共6页

水下井口连接器作为连接高压井口与水下采油树、防止井内高温高压流体泄漏的关键设备,其承受着极其恶劣的载荷作用。为研究内压工况下流体渗透压力对井口连接器金属-金属密封的影响,以自主研制的井口连接器为对象,考虑流体渗透压力对VX... 水下井口连接器作为连接高压井口与水下采油树、防止井内高温高压流体泄漏的关键设备,其承受着极其恶劣的载荷作用。为研究内压工况下流体渗透压力对井口连接器金属-金属密封的影响,以自主研制的井口连接器为对象,考虑流体渗透压力对VX钢圈密封性能的影响,运用ABAQUS软件分析了井口连接器在预紧和内压工况下的密封性能,探究了预紧力、介质压力、密封圈材料性能和结构参数对其接触应力的影响规律。研究结果表明:轴向预紧力是影响连接器密封性能的重要因素,在保证连接器结构强度下应尽量增大预紧力;随着内压的增大,上密封面的接触应力增加,趋势与下密封面相比较增加速率变低,且下密封面接触应力大于上密封面;316L不锈钢满足密封准则,用其作为密封圈材料更为经济;最优密封锥面锥角α为22.75°,最优密封面宽度b_(0)为28 mm。所得结论可为其他类型水下井口连接器的密封结构设计提供依据。 展开更多

关键词 井口连接器 VX钢圈 金属-金属密封 渗透压力 轴向预紧力

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深水防喷器组井口连接器可靠性研究 被引量：7

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作者 刘永红 刘增凯 +2 位作者 蔡宝平 田晓洁 纪仁杰 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期140-144,共5页

通过分析深水防喷器组位于井口时井口连接器的工作状态和重要失效模式,建立水下井口连接器的Markov模型,得到计算系统瞬态和稳态可靠性指标的公式。以墨西哥湾的防喷器可靠性数据为例,定量求解水下井口连接器的瞬态、稳态可用度和平均... 通过分析深水防喷器组位于井口时井口连接器的工作状态和重要失效模式,建立水下井口连接器的Markov模型,得到计算系统瞬态和稳态可靠性指标的公式。以墨西哥湾的防喷器可靠性数据为例,定量求解水下井口连接器的瞬态、稳态可用度和平均无故障时间MTTF,研究模型中状态转移概率对系统的稳态可用度和MTTF的影响。结果表明:水下井口连接器具有很高的稳态可用度和MTTF;降低水下井口连接器在正常运行期间发生'外部泄露'和'解锁失败'故障的概率可以有效地提高系统稳态可用度和MTTF,而在测试期间发生故障的概率对系统性能的影响较小。 展开更多

关键词 水下井口连接器 深水防喷器组 可靠性 平均无故障时间

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浅水水下井口连接器设计与应用 被引量：2

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作者 张会增 幸雪松 +3 位作者 王名春 王彬 隋中斐 于小涛 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期204-210,共7页

针对现有的深水水下井口连接器体积大、结构复杂且制造成本高的问题,考虑浅水水下作业环境,设计了一种浅水水下井口连接器(EZ-LOCK),该连接器通过压盖、卡块和顶丝与井口型面的机械配合,实现水下采油树和水下井口的锁紧和解锁。根据浅... 针对现有的深水水下井口连接器体积大、结构复杂且制造成本高的问题,考虑浅水水下作业环境,设计了一种浅水水下井口连接器(EZ-LOCK),该连接器通过压盖、卡块和顶丝与井口型面的机械配合,实现水下采油树和水下井口的锁紧和解锁。根据浅水水下钻完井作业工况载荷,对水下井口连接器进行了作业流程模拟和局部失效评估,结果表明该水下井口连接器设计结构合理,未发生局部失效。依据API 17D标准对水下井口连接器工程样机开展了性能验证试验,进一步验证了水下井口连接器的使用性能和可靠性。研制的浅水水下井口连接器结构简单,安全可靠,成本低,潜水员水下操作方便,目前已成功在渤海完成了海上试验并开始示范应用。本文研究成果为浅水水下井口和采油树系统的应用打下了基础。 展开更多

关键词 浅水 井口连接器 结构设计 性能试验

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深水采油树井口液压连接器的设计

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作者 李华 张崇 +3 位作者 黄青松 任冠龙 汪洋 余意 《船海工程》 北大核心 2024年第3期113-119,共7页

设计一种基于18-3/4"H4型面、69 MPa井口压力的液压驱动锁块式连接器,通过有限元方法分析锁紧型面过盈量对锁紧峰值压力、连接器预紧力的影响,预紧力与锁紧峰值压力之间的关系,以及VX钢圈在失效负载条件下的密封性能,并对相关分析... 设计一种基于18-3/4"H4型面、69 MPa井口压力的液压驱动锁块式连接器,通过有限元方法分析锁紧型面过盈量对锁紧峰值压力、连接器预紧力的影响,预紧力与锁紧峰值压力之间的关系,以及VX钢圈在失效负载条件下的密封性能,并对相关分析结果进行测试验证。分析及测试验证表明,在过盈量可调范围内连接器预紧力与锁紧峰值压力为线性关系,可通过锁紧峰值压力的大小有效评估预紧力;有限元分析结果可为连接器的调试作参考;连续的环状接触压痕是钢圈密封的必要条件,密封面的材料及加工质量是建立密封的关键因素;连接器在69 MPa+1300 kN+11000 kN·m负载条件下功能、结构及密封性能良好。连接器搭载采油树在南海相关油气田得到成功的示范应用。 展开更多

关键词 水下采油树 井口液压连接器 密封钢圈 锁紧峰值压力 预紧力 负载测试

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细长型井口回接连接器设计 被引量：5

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作者 高攀 段梦兰 +3 位作者 董楠 潘晓东 曹静 何杨 《石油矿场机械》 2011年第12期29-32,共4页

井口回接连接器是顶部张紧立管的重要组成部分,对维持垂直通道的完整性有重要作用。介绍了细长型井口回接连接器的结构、工作原理、主要技术参数和原理样机的制造;计算了锁紧力和关键部件的强度。设计的细长型井口回接连接器用于连接顶... 井口回接连接器是顶部张紧立管的重要组成部分,对维持垂直通道的完整性有重要作用。介绍了细长型井口回接连接器的结构、工作原理、主要技术参数和原理样机的制造;计算了锁紧力和关键部件的强度。设计的细长型井口回接连接器用于连接顶部张紧立管和水下井口,具有尺寸小、安装方便、操作安全可靠等优点,适用于多种浮式平台,尤其是SPAR平台。 展开更多

关键词 浮式开采平台 井口连接器 结构 技术指标

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水下井口密封圈的结构优化与负载响应分析

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作者 李勇 杨旭 +3 位作者 蒋永义 黄荣吉 李伟 邱全平 《天然气与石油》 2025年第2期90-98,共9页

水下井口与井口连接器通常采用金属密封圈建立生产作业与外部环境之间的密封通道。为研究水下井口密封圈的结构特性,以及不同结构形式的密封圈对环境负载的响应特性,针对18-3/4 in(1 in=25.4 mm)10 K井口规格,基于有限元分析软件Abaqus... 水下井口与井口连接器通常采用金属密封圈建立生产作业与外部环境之间的密封通道。为研究水下井口密封圈的结构特性,以及不同结构形式的密封圈对环境负载的响应特性,针对18-3/4 in(1 in=25.4 mm)10 K井口规格,基于有限元分析软件Abaqus的有限元分析方法,确定了常用VX钢圈的优选结构参数,根据密封特性优化了钢圈结构,并对不同结构形式的密封圈进行负载响应分析。结果表明:VX钢圈优选密封锥面角度θ为22.7°~22.8°,优选锥顶直径D为507.8~508.4 mm;VAX钢圈较VX钢圈能明显改善密封型面上的接触应力与应力分布,但抗负载能力较弱;密封型面上的环槽能有效建立钢圈主、次双重密封,并增加主密封接触宽度,但不能提高钢圈的负载能力;井口连接器负载能力范围内,环境负载对钢圈的密封性能影响较小。分析结果可为不同井口规格密封圈的设计与应用提供方法和数据参考。 展开更多

关键词 井口密封圈 井口连接器 结构优化 密封特性 负载响应

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材料及循环内压对VX钢圈密封性能的影响 被引量：2

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作者 孟文波 黄熠 +4 位作者 刘书杰 刘和兴 李磊 黄亮 唐咸弟 《天然气与石油》 2022年第6期108-114,共7页

水下井口连接器是海洋油气勘探开发的重要设备,其中VX钢圈密封性能直接影响到整个水下生产系统的安全。为解决目前水下井口连接器分析中采用二维轴对称模型,存在建模不准确的问题,基于ABAQUS软件建立了水下井口连接器有限元三维模型,分... 水下井口连接器是海洋油气勘探开发的重要设备,其中VX钢圈密封性能直接影响到整个水下生产系统的安全。为解决目前水下井口连接器分析中采用二维轴对称模型,存在建模不准确的问题,基于ABAQUS软件建立了水下井口连接器有限元三维模型,分析了预紧和生产工况下的VX钢圈密封性能,探讨了材料属性以及循环内压对密封性能的影响。分析结果表明:在预紧和生产工况下,VX钢圈密封性能良好,表面接触应力在环向分布上有一定的波动;材料对密封性能的影响主要体现在屈服强度上,接触应力随屈服强度的增加而提高;在0~155.25 MPa循环内压作用下,连接器的密封性能逐渐降低,因此不能多次使用。研究成果可为VX钢圈的生产和使用提供理论支撑。 展开更多

关键词 水下井口连接器 密封性能 VX钢圈 接触应力

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