机床与液压

作者：程文佳，秦小飞，于冲，赵双兰，仲崇迪，秦赛博，易先中

单位：中海油田服务股份有限公司天津分公司；中海油田服务股份有限公司天津分公司；中海油田服务股份有限公司天津分公司；中海油田服务股份有限公司天津分公司；中海油田服务股份有限公司天津分公司；长江大学机械工程学院；长江大学机械工程学院

关键词：热采安全阀;金属动密封;离散优化设计;正交优化;接触应力

基金：中海油田服务有限公司科技攻关项目（YSB23YF005）

针对海上稠油热采井下安全阀液控系统在高温环境下活塞动密封失效的问题，设计一种金属C形密封环结构。采用有限元分析方法对金属动密封结构的开口角度、过盈量、壁厚、工作压力进行离散优化，得到单因素参数的最优取值区间及对密封结构摩擦力和峰值接触应力的影响规律，并考虑单因素间的交互作用，采用四因素三水平正交优化方法对金属动密封结构参数进行优选；通过自制试验工装，对金属动密封结构开展活塞组件摩擦力测试、密封性能测试及整机冷热交变测试，并在辽东区块开展井下应用试验。结果表明：与单因素离散优化相比，正交优化组合的摩擦力减小35.76%，更符合目标函数的要求。正交优化最佳参数组合为：过盈量0.036 mm，工作压力30 MPa，开口角度150°，壁厚0.35 mm。优化后密封环结构工作时的最大von-Mises应力减小1.81%，剪切应力减小5.81%，最大接触压力减小22.09%；优化后的金属C形密封环能满足350 ℃下的紧密动密封，验证了设计的可靠性。C形密封环活塞密封结构安全阀在辽东区块应用50余井次，密封性能良好，最长稳定工作900余天，为350 ℃下海上稠油热采井下安全阀高温环境下活塞动密封失效提供了有效的解决途径。

来源：2025年第22期

《机床与液压》期刊编辑部

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