石油学报

作者：王国荣, 徐简繁, 米凯夫, 胡刚, 文新铭, 刘业鹏

单位：1. 西南石油大学机电工程学院 四川成都 610500;2. 西南石油大学能源装备研究院 四川成都 610500;3. 北京石油机械有限公司 北京 102200

关键词：橡胶衬套,溶胀老化实验,Yeoh模型,温度当量法,有限元分析

基金：王国荣,男,1977年9月生,2004年获西南石油学院机械设计及理论专业博士学位,现为西南石油大学机电工程学院教授、博士生导师,主要从事钻柱/隔水管管柱动力学、摩擦学理论及应用、钻头与井下工具、石油天然气装备现代化设计理论及方法研究。Email:swpi2002@163.com

摘要： 随着油气资源勘探技术的不断发展,中国油气资源逐步从浅层油气井开发迈向到深层、超深层油气井开发的阶段,螺杆钻具橡胶衬套井下高温热老化和油基钻井液溶胀问题显著,导致螺杆钻具输出性能衰减,严重影响钻进效率。因此,亟需揭示高温条件下溶胀作用对橡胶衬套性能的影响。通过开展橡胶材料高温溶胀老化实验和材料性能实验,优选出了超弹本构模型为Yeoh模型,使用不同溶胀时长的本构参数和溶胀当量温度建立有限元模型,分析了不同溶胀时长对橡胶衬套内腔变形、力学性能、密封性能、过流面积和滞后生热的影响。研究结果表明,随着溶胀时长的增加:① 内腔变形量先逐渐升高,后趋于平缓;② Von Mises应力和接触应力逐渐增大;③ 过流面积逐渐减小,并趋于平缓,在溶胀饱和状态时,过流面积降低了12.2 %;④热滞后最高温升逐渐增大。

来源：2024年第10期

《石油学报》期刊编辑部

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