注采过程对储气库管柱密封性影响研究

作     者：徐帅 

作者单位：中国石油大学（北京） 

学位级别：硕士

导师姓名：马庆春

授予年度：2017年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：储气库管柱 注采过程 特殊螺纹接头 密封结构 密封性 

摘      要：储气库管柱是天然气注入和采出的双重通道,其密封性时时刻刻关系着储气库的运行安全。储气库管柱由特殊螺纹接头连接,特殊螺纹接头依靠其特有的金属-金属密封结构实现密封。常用的密封结构有锥面-锥面、锥面-球面和柱面-球面三种。为了保证储气库管柱的运行安全,需要研究注采过程对三种特殊螺纹接头密封性的影响,找出更优的密封结构类型。本文主要进行了以下研究工作:（1）通过对储气库管柱的密封结构特点、密封机理和运行工况进行分析,找出了影响储气库管柱密封性的因素,其主要包括设计加工因素、施工因素和储气库工况因素三类。（2）采用有限元方法研究了在30周期的交变载荷及内压作用下三种密封结构的性能以及三种密封结构在其台肩有缺陷时的性能,并进行了对比分析。结果表明,三种密封结构的密封面上的接触压力曲线沿接触面均呈现拱形。随着周期增加,三个密封面上的最大接触压力逐渐减小,有效密封长度逐渐增加。采气时三个密封面上的接触压力比注气时的大,且采气时接触压力的分布范围均比注气时的广。当三种密封结构的台肩有缺陷时,其密封面上的接触压力及有效密封长度的变化情况与台肩完好时类似。对比台肩完好时的情况,当台肩有缺陷时,三个密封面上的接触压力减小,并且靠近台肩一侧密封面上的接触压力下降幅度大于远离台肩一侧密封面上的接触压力下降幅度,其中锥面-锥面密封结构的变化幅度最小,密封性能最稳定。（3）利用PDS技术分析锥面-锥面、锥面-球面和柱面-球面三种密封结构的可靠性及参数敏感度,对密封结构进行优选,并提出优化建议。结果表明,三种密封结构均是可靠的,其中锥面-锥面密封结构最优。对密封结构的优化应主要从增加有效密封长度、控制尺寸加工误差、提高材料性能和增大上扣扭矩等方面进行。