邓又铭，伍开松，林发权，严永发，吴霁薇

（1.西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室，成都 610500；2.塔里木油田分公司工程技术部，新疆库尔勒 841000）①

目前，国产的球形胶芯是参照美国Shaffer公司的产品进行设计制造的，胶芯的密封性能差、使用寿命低，不能满足国内钻井作业需求，其中一个重要原因是胶芯的结构设计不合理。从现场使用情况看，同一规格的球形胶芯有多种结构形式，没有统一的标准，产品性能也各有差异。20世纪90年代以来，国内有许多学者对球形胶芯进行了研究，例如：西南石油学院的林军、张鹏、崔岚等对胶芯的失效形式和密封几何参数进行了研究［1－2］；西南石油局的裴东林等对胶芯的失效原因及提高胶芯使用寿命的措施进行了分析［3］。这些研究从球形胶芯的密封原理出发，主要运用理论方法对胶芯进行了分析计算，很难全面反映胶芯的实际密封性能、应力分布等详细情况。

笔者运用ABAQUS有限元软件对球形胶芯密封钻杆的过程进行了数值仿真，对胶芯的变形规律、应力的分布情况以及密封压力、密封长度的变化规律进行了详细研究，并对胶芯内圆柱上部的结构尺寸进行了优化，研究结果有助于提高胶芯的使用寿命，对胶芯的结构尺寸设计具有指导意义。

1 数值仿真研究

1.1 有限元模型建立

以FH35－35型球形防喷器为例，胶芯由支撑筋和橡胶件组成，支撑筋均匀地排布在胶芯内部，与橡胶件通过绑定约束构成一体。胶芯底部平面和活塞的上表面接触，外球形面和顶盖的内球面重合。……