摘要：针对现有内防喷器失效率高等不足,提出一种结构新颖且密封可靠的自旋合式锥形密封内防喷器。对该新型内防喷器的阀座锥角进行了力学分析,并采用MATLAB对阀座锥角进行了优化。基于理论分析得到的结论,采用CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)方法(标准k-ε湍流模型及Tabakoff-Grant冲蚀模型)及ANSYSCFX软件,对该新型内防喷器在不同钻井液流量及不同阀座锥角下的流场进行数值模拟分析,仿真结果表明容易发生冲蚀磨损的部位主要集中在上下阀座流道边缘及下部管壁处。通过对比多组仿真数据,提出了该新型内防喷器上下阀座的最优锥角为25°,并采用ANSYSWorkbench静力学分析软件模拟了井喷时上下阀座密封锥面的接触应力分布,验证了冲蚀仿真分析得出的最优锥角的结论。样机试制后进行了密封性实验以验证其可靠性,结果表明该新型内防喷器无泄漏,满足密封性要求。研究结论为内防喷器的设计与改进提供了重要的理论依据,对油田生产设备的安全升级有重要意义。

关键词：内防喷器 锥形密封 冲蚀 数值模拟 阀座锥角 

单位：西南石油大学机电工程学院; 四川成都610500