金属O型圈高温密封性能研究.pdf

2015年12月
润滑与密封
Dec,2015
第40卷第12期
LUBRICATION ENGINEERING
Vol 40 No 12
DOI:10.3969/.issn.0254-0150.2015.12.021
金属O型圈高温密封性能研究
鞠少栋马认琦郭树彬刘传刚洪秀玫
(中海油能源发展工程技术公司天津300452)
摘要:为研究海上稠油热采工具密封用金属O型的高温密封性能,建立金属O型圈密封轴对称有限元分析模
型,计算其高温条件下接触压力与剪切应力变化规律,分析金属O型圈高温密封影响因素,并利用试验验证理论研究
结果。研究表明,温度变化显著影响金属0型圈的强度和密封性能,金属密封圈最大接触应力和剪切应力随工作压力
的增加呈非线性增大,密封圈密封性提高,强度下降;初始压缩率在12%-16%范围内时,金属O型圈的高温密封性8
能最好,能满足350℃下稠油热采工具密封要求。理论研究结果通过试验得到有效验证。
关键词:稠油热采;井下工具;金属密封圈;高温密封
中?分类号:TB42文献标志码:A文章编号:0254-0150(2015)12-111-05
Research on Sealing Performance of Metal O-ring
in High Temperature
Ju Shaodong Ma Rengi Guo Shubin Liu Chuangang Hong Xiumei
China National Of shore Oil Coporation Energy Technology Drilling & Production Company, Tianjin 300452, China
Abstract: To study high temperature sealing performance of metal O-ring for of shore heavy oil thermal recovery tools
the axisymmetric finite element analysis model of metal O-ring was established to calculate contact pressure and shearing
stress in high temperature. The influence factors of metal O-ring high temperature seal were studied and the theoretical re
sults were tested by experiments. The results show temperature variation has an obvious impact on the strength and seal per
formance of meal O-ring. The maximal contact pressure and shearing stress of metal O-ring are increased non-linearly with
working pressure rising, which results in higher seal performance and lower strength of O-ring. The metal O-ring has opti
mal seal performance in high temperature for 12%-16% initial compression ratio and meets sealing requirement for 350 C
heavy oil thermal recovery tools. The theoretical results have been verified by experiments
Keywords; heavy oil thermal recovery; down hole tool; metal seal ring; high temperature sealing
海上油气田常规井下工具一般采用0型橡胶圈结构的深入研究很少。金属0型圏具有耐高温、耐
密封,该密封结构可选择丁晴橡胶、聚四氟乙烯和全腐蚀和气密性好的优点,特别适于高温、高压及高真
氟瞇等橡胶材料作为基材,实现对油、水、空气及各空密封环境,可作为O型橡胶圈的替代密封结构
种化学介质有效的封堵,但其存在致命的缺陷,即用于稠油热采工具开发。
橡胶材料在高温条件下易迅速老化并失效。海上稠油
本文作者在分析金属0型圈密封原理的基础上,
热采作业井下工具耐温要求达到350℃以上2,0利用有限元软件建立金属O型圈接触密封有限元模
型榱胶圈难以满足要求,由此导致的高温密封失效对型,考虑高温效应进行密封结构热力耦合分析,研究
生产作业的安全性危害极大。目前海上稠油热采井下
金属0型圈的高温密封性能与强度是否满足要求,
工具的自主研发尚处于起步阶段,对涉及的高温密封并通过试验验证理论研究成果,相关方法和结论可为
金属0型圈高温密封结构设计与性能分析提供参考。
*基金项目:国家科技重大专项子课题(2011ZX05024-005-
金馬O型圈密封原理分析
收稿日期:2015~02-0
金属0型圈结构主要有3种类型,如图1所示。
作者简介:辋少栋(1984-),男,博士,工程师,从事海洋石
其中,a型为非自紧O型圈,用在较低压力场合,可
油钻完井工艺技术及配套工具的研究工作、E-mi:jusd20密封真空介质及有腐蚀性的液体或气体介质。b型为
Cnooc. com. cn
充气O型圈,在密闭的0型圈内充惰性气体,可增