带压作业是指井口有压力情况下,通过带压作业设备控制住井口压力,实现井口密封,进行起下管柱作业或实施增产措施的一种先进的修井作业工艺。主要优点是能够最大限度地减少对地层的污染和能量的损失,效率高、安全可靠、能满足井场节能减排要求等。国外很多国家甚至规定油田修井作业必须实行带压作业,国内带压作业最近也呈现蓬勃发展的势头,未来必将拥有更为广泛的应用空间和市场。防喷器密封胶芯在带压作业中起到密封井底高压的作用,对带压作业的成败具有决定性的影响。由于带压作业的工艺及特点,决定了这一类密封属于可控柔性密封。带压作业可控柔性密封的主要材料是具有较高综合性能的高聚物,这些高聚物在外力作用下的形变及受力状况决定了该材料在带压作业下的适应性;高聚物与油管柱之间的表面摩擦、磨损性能决定了可控柔性密封副性能的好坏。因此,通过开展带压作业可控柔性密封材料的力学性能、摩擦磨损性能研究将对提高带压作业可控柔性密封研究具有十分重要的意义。本文在对带压作业可控柔性密封材料的超弹性力学行为分析的基础上,对标准规定的带压作业用柔性密封材料丁腈橡胶(NBR)和两种自选的密封材料:氢化丁腈橡胶(HNBR)和新型聚氨酯(PU)弹性体进行了压缩实验,分析了三种材料在压缩状态下的本构关系模型,计算了三者在不同带压作业工况下的适应性,总结了带压作业可控柔性密封材料应该具备的力学性能。通过摩擦磨损实验,分析了带压作业可控柔性密封材料的摩擦性能及三种材料的磨损机理,比较了三者在不同磨粒磨损下的磨损情况,研究了摩擦系数及材料性能对磨损的影响等。最终提出了带压作业可控柔性密封的评价方法。论文主要内容和成果如下:(1)对带压作业可控柔性密封进行了压缩性能实验带压作业可控柔性密封在工作状态主要承受压应力,通过压缩实验,确定三种柔性密封材料NBR、HNBR和PU弹性体的压缩应力-应变关系曲线,利用ansys有限元分析软件,确定三种材料压缩变形符合的本构模型及参数。(2)在带压作业环境下,利用ansys建立可控柔性密封胶芯模型,研究了在不同地层压力工况下,三种密封材料的应力-应变情况,分析了三种密封材料的适应性,总结了带压作业可控柔性密封材料应该具备的性能。(3)利用摩擦磨损试验机的摩擦实验,分析了带压作业可控柔性密封材料的摩擦性能随载荷(正压力)和转速(滑动速度)的变化规律。(4)通过现场实验,分析了三种带压作业可控柔性密封胶芯的磨损机理,得出磨粒磨损是影响HNBR和PU胶芯密封的主要因素,而对于摩擦系数较大的NBR胶芯,摩擦磨损是影响其密封性能的主要因素。通过对比点接触、线接触和面接触磨粒磨损实验和分析,总结了三种密封材料在不同磨粒磨损状态下磨损表面状态及产物的特点。分析了摩擦系数及材料本身机械性能对材料磨损的影响。(5)提出了带压作业可控柔性密封性能的评价方法带压作业可控柔性密封失效表现为材料的撕裂、屈服以及密封副的磨损,因此,,针对材料撕裂、屈服及磨损的评价能够反映材料的密封性能。