长庆油田第一采气厂作业八区 内蒙古鄂尔多斯 017300
摘要：针对圆柱胶筒在使用过程对温度和压力承载能力不同的影响，文章在侧量、打造节能器三维装配模型的基础上着重分析圆柱型胶筒的结构，并提出“V”型胶筒打造的想法，之后利用有限元分析软件着重打造了圆柱型和V型胶筒有限元分析模型，着重对比分析两种不同胶筒作用下的系统最大应力，旨在能够为胶筒系统的改进优化提供更多参考支持。
关键词：井下节流器；胶筒；密封性能；有限元分析
井下节流工艺技术是将井下节流器放置在油管某一个恰当的位置来实现井筒节流降压处理，在充分利用地热加温操作之后，使得节流之后的气温高度高于节流后压力条件下水合物开始温度，在最大限度上减少井筒内部水合物堵塞现象的发生。井下节流技术的关键设备是井下节流器，胶筒系统是井下节流器中的重要零部件，常见的样式是膨胀是胶筒。在实现节流器胶桶初始性密封操作的时候十分依靠外界力量，为了能够获得足够的力量可以在可投式的节流器上设置一个机械结构，比如剪销弹簧结构。在具体实施操作的时候可以根据初始密封工况来选择密封方式，充分确定初始密封的弹簧推动力，并在初始密封的基础上对节流器施加节流压差。
一、当前胶桶失效问题的基本分析
（一）圆柱型胶桶失效问题分析
某一个气田节流器采用了圆柱型胶桶，但是在具体使用的过程中却存在在压力升高作用下，胶筒的使用寿命大幅度缩减问题，由此使得胶筒的使用无法满足生产现场的基本使用要求。
（二）节流器三维模型的打造
井下节流器是井下节流技术的常见器械，在分析器械的时候使用专业的测绘软件打造出立体化 的三维分析模型，具体如图一所示。
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图一：节流器三维模型
二、胶筒分析模型
在现阶段可投捞胶筒操作系统分为单胶和双胶两个形式，与之关联的胶筒组合结构分为以下几种：第一，上下结构不同的胶筒系统，胶筒的上部分采用了粘接 结构形式。第二，上下结构相同的胶筒系统。胶筒的上部分采用了粘结结构。第三，单胶筒系统。胶筒的上部分采用了粘结结构形式，为了方便加工，在操作的时候可以将三个结构简化为三个组件结构。
双胶筒在加工设计 时候应用两组结构不同的胶筒系统，对这两组胶筒系统采取有限元分析，所选择的胶筒初始膨胀弹簧力是二者累加的和。对单胶筒结构采用单租胶结构系统进行分析。胶筒系统在研究的时候会涉及到一些接触复合材料问题。考虑到整个橡胶材料的特殊性，材料响应一般会假设各个向同性和等温性，应用变能函数的不变量进行表示。
三、胶筒力学初始密封有限元分析
（一）有限元载荷和基本约束
胶筒的模型结构是轴对称结构，在实施操作的时候为了能够减少计算的时间，在分析的时候可以采取设计模型的七十二分之一圆周大小。油管和胶筒最左边的侧面要设置轴向约束力，油管和胶筒的侧面设置法向约束，在操作的时候胶筒和油管、锥体表面存在摩擦接触的关系，摩擦系数为0.2。结合油管结构尺寸的大小参数来设定最终的锥体膨胀和油管接触荷载。
（二）有限元分析结果
在完成对胶筒系统材料基本属性、边界和荷载的压力施加之后进行更深入的有限元分析，得到对应的力云图和接触应力云图。在对云图仔细分析之后发现，在初始性密封胶筒和油管内壁接触的时候，胶筒和锥套的接触区域面积也会出现变形，变形越大越是说明应力集中性大。“圆柱”型胶筒和“V”型胶筒应力比较如表一所示。
表一：“圆柱”型胶筒和“V”型胶筒应力比较 表
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（三）V型胶筒结构尺寸变化影响分析
在实验操作的时候为了能够得到更加合理的V型胶筒尺寸大小，要充分考虑不同尺寸参数变化对胶筒应力的影响。最大应力往往会随着胶筒锥度的变化而发生变化，通过对这种变化的分析发现，在同样位移荷载的时候，胶筒的锥度越大，最大等效应力和最大接触应力的总体积就越小，锥度如果较小，胶筒和锥套之间的作用力就会被限制在规定的摩擦角内部，不会出现位移，和实际工况不符合，为此，要求胶筒锥度不能够低于摩擦角。胶筒长度越大，最大等效应力和最大接触应力越小；考虑到胶筒长度 变小，其上部凸起趋势变大，同时要求最大接触应力相对较大，因此可取胶筒长度为 40mm。
（四）胶筒密封性能的试验
为了能够验证改进之后的密封胶筒性能，针对V锥形和圆柱形胶筒在卡瓦井下节流器室内试验装置上所开展的密封性能对比试验，通过调整各项试验操作来确保试验操作的科学合理。试验条件为压力为 16.0MPa，温度为 80℃，保压时间为 3 小时，试验介质为氮气。根据试验操作结果可以发现，在同样的条件下，V型胶筒的工作比较正常，圆柱型胶筒在108分钟之后会出现损坏，由此证明V型胶筒有效提升了密封性能，延长了设备的工作寿命，承压能力较强。
结束语
综上所述，胶筒和锥套之间的配合夹角深刻影响一定材料性能指标下胶筒实现初始密封力的大小，通过实验研究证明，锥度越小，实现初始密度所需要对弹簧力就越小，但是锥套的行程则是需要适当的扩大，在综合考虑多个因素的情况下将胶筒的锥度取15度。经过实验分析发现，V型胶筒要比圆形胶筒的最大应力大，前者的最大应力基本上是后者的2.8倍左右。由此可以证明，V型交通的密封性能要比圆柱型交通的密封性能良好。通过对不同胶筒锥度、长度、锥度和厚度的分析，来确定最理想的胶筒尺寸大小。
参考文献
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