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《华中科技大学》 2017年
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深井环境软密封直动式微流量溢流阀特性仿真研究

周青松  
【摘要】:油井内的压力和温度随着井深的变化而变化,井深到7km时,温度可达180℃、压力可达140MPa。测井仪在井内工作时,需适应井内环境压力和温度的变化,为平衡环境压力,需在测井仪中配置压力平衡机构,而平衡机构工作时有一定的响应时间,使得测井仪上、下井时内部平衡液压油与外部浆液之间存在一定的压差,需设置一双向溢流阀以防止压差过高而损坏测井仪。受井口尺寸的限制,测井仪一般尺寸较小,平衡机构内液压油量约2-3升,因此双向溢流阀的额定流量很小。非开启状态,要求双向溢流阀阀口能可靠密封,以避免井内浆液进入到测井仪内部对各类元器件造成腐蚀损坏或有颗粒污染物导致平衡活塞卡死。本文以软密封结构阀口的直动式微流量溢流阀为研究对象,采用数值仿真的方法对其在超高温度、压力环境下的特性进行研究,为测井仪用双向溢流阀的设计奠定一定的技术基础。类比于直动式锥形溢流阀建立了软密封直动式溢流阀数学模型,使用SIMULINK软件仿真得到了不同环境压力、温度、井深下溢流阀开启之前阀口前后压差变化特点。考虑环境温度和压力,在ANSYS软件中建立溢流阀开启之前的结构动力学有限元模型,以阀口前后压差为边界条件仿真得到了溢流阀开启瞬间对应的开启时间、阀芯位移和速度、阀口形状和半径等参数。将有限元分析得到的溢流阀开启瞬间的形状导入到ICEM软件中划分网格,使用FLUENT软件读取网格文件计算不同阀口开度下的流场,得到流量系数、液动力修正系数随液压油粘度与阀口开度变化的规律。将修正后的参数带入到SIMULINK搭建的框图中,仿真分析了软密封直动式微流量溢流阀的特性。结果表明:受环境压力和温度的影响,随着井深的增加,软密封直动式微流量溢流阀在相同流量下的稳定性变差,其稳态压差与稳态阀口开度会逐渐减小;测井仪内外压差一定时,溢流阀稳态流量随着井深的增加逐渐增加。为使软密封直动式微流量溢流阀的稳态压差随流量变化平缓并受井深影响较小,应选用粘度受温度和压力影响较小的低粘度液压油以增大流量系数并减小阀口开度,在提高溢流阀性能的同时防止浆液中的颗粒杂质进入系统而卡死平衡活塞。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P631.83

【参考文献】
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