DG252型整体卡瓦封隔器

<正> DG252型整体卡瓦封隔器,是近年来大港油田井下作业指挥部攻关队(现为采油工艺研究所)研制出的一种新型封隔器,它是采用从国外引进的一种独特的整体卡瓦,并结合两种不同的座封换向机构,设计了DG252-1型和DG252-2型封隔器。     

水平井封隔器卡瓦的有限元分析及结构改进

在石油钻采中，封隔器卡瓦承受巨大压力易发生断裂，直接影响到封隔器的密封性能，从而影响油井的开采过程及生产安全。运用有限元分析软件ANSYS Workbench对卡瓦进行有限元数值模拟分析。施加140 kN载荷时，卡瓦最大应力为230.11 MPa，超过其材料的最大抗压强度；对卡瓦封隔器试验模型进行压裂试验，试验施加压力为186.33 kN时卡瓦发生断裂，测得抗压强度为233 MPa；对卡瓦进行结构设计，卡瓦牙间距尺寸分别为15 mm、25 mm和30 mm。根据有限元分析结果，卡瓦牙间距为30 mm时卡瓦应力、应变分布趋于均匀，所承受的最大载荷为240 kN，最大应力为230.66 MPa、最大变形量为0.058 mm，证明此卡瓦结构尺寸较为合理。     

卡瓦式封隔器支撑卡瓦有限元分析

分析了卡瓦式封隔器的工作原理，探讨了支撑卡瓦的结构，讨论了进行分层压裂时封隔器所受的各种载荷。用国际通用的有限元分析软件ANSYS对卡瓦式封隔器磨鞋式支撑卡瓦进行了有限元分析，得出了压裂时支撑卡瓦安全工作的最大压力，最后给出了结论。     

RTTS封隔器卡瓦力学性能分析

为了解RTTS封隔器卡瓦在井下的力学行为,优化其结构参数和提高其承载能力,利用弹性力学楔形体应力分析方法分析了RTTS封隔器卡瓦的应力分布及强度,确定了卡瓦牙根部的应力集中系数与集中应力,同时根据井下卡瓦的平衡条件,导出了RTTS封隔器卡瓦在井下承受的真实轴向载荷的计算公式。算例分析结果表明:(1)卡瓦下端面牙齿受力较大,该点为应力危险点,而卡瓦端面最薄处牙齿受力则较小;(2)相同轴向载荷作用下,封隔器卡瓦在不同套管尺寸下的应力分布不同;(3)增大卡瓦片数、牙面长度、牙面宽度及卡瓦楔角等结构参数可以有效降低卡瓦的相当应力。因此,校核RTTS封隔器卡瓦的强度应以其牙根部应力危险点为依据。     

RTTS封隔器卡瓦力学性能分析

为了解RTTS封隔器卡瓦在井下的力学行为,优化其结构参数和提高其承载能力,利用弹性力学楔形体应力分析方法分析了RTTS封隔器卡瓦的应力分布及强度,确定了卡瓦牙根部的应力集中系数与集中应力,同时根据井下卡瓦的平衡条件,导出了RTTS封隔器卡瓦在井下承受的真实轴向载荷的计算公式。算例分析结果表明:(1)卡瓦下端面牙齿受力较大,该点为应力危险点,而卡瓦端面最薄处牙齿受力则较小;(2)相同轴向载荷作用下,封隔器卡瓦在不同套管尺寸下的应力分布不同;(3)增大卡瓦片数、牙面长度、牙面宽度及卡瓦楔角等结构参数可以有效降低卡瓦的相当应力。因此,校核RTTS封隔器卡瓦的强度应以其牙根部应力危险点为依据。     

分瓣式卡瓦接触应力实验研究

封隔器卡瓦是封隔器的重要零部件,其工作性能好坏直接影响封隔器在使用中的成败和生产安全.本文采用光弹性实验对封隔器卡瓦进行了模拟试验应力分析.得到了封隔器卡瓦应力分布规律,对于卡瓦同一个齿的齿尖应力分布主要在齿面的两侧,同一轴向剖面内,卡瓦上下两端齿尖的应力比中间区域的应力大得多.上述研究结论为优化卡瓦结构、提高工作性能提供了实验基础和理论依据.     

ZYT441—114桶式卡瓦封隔器的研制

常规卡瓦封隔器由于采用粗牙分瓣式卡瓦结构 ,对套管的伤害较大。为此 ,研制了ZYT441— 1 1 4桶式卡瓦封隔器 ,其特点是采用独特的细牙、整体双向卡瓦锚定结构 ,使卡瓦沿套管内壁周向全接触 ,增加了卡瓦与套管内壁的接触面积 ,减小了卡瓦牙对套管内壁的嵌入深度 ,改善了套管的周向应力分布状态 ,大大降低了卡瓦对套管的伤害。室内及现场试验表明 ,该封隔器对套管的伤害较小 ,同时具有坐、解封灵活可靠 ,耐高温、高压等优点。     

Y422—117可取式封隔器的结构及应用

大港油田从美国引进的Ｇ６封隔器命名为Ｙ４２２—１１７封隔器,采用双向卡瓦固定,旋转坐封,旋转解封。在受拉或受压状态下均可坐封,且保持其密封性;其机械锁定装置能承受来自封隔器上下方的压差,并使用３种不同的卡瓦,使封隔器解封顺利。文中分析了Ｙ４２２—１１７封隔器的结构特点,工作原理和技术特征,１９９８年３月～７月分别在大港油田的马西、板桥的港深７—４、板８２８—４高压注水井应用,解决了Ｙ２１１或Ｙ２２１及Ｙ３４１封隔器不适应深斜井,封隔器密封性差的问题。     

用Peng－Robinson方程计算DMF－苯－烷烃间汽－液平衡

用Ｐｅｎｇ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ方程对ＤＭＦ和苯及其烷烃杂质间的汽液平衡（ＶＬＥ）进行了计算，获得了二元交互作用参数Ｋ－ｉｊ，由此推算了含ＤＭＦ、苯及烷烃杂质的三元体系的ＶＬＥ，并与ＮＲＴＬ和ＵＮＩ－ＱＵＡＣ模型计算进行了比较。     

封隔器卡瓦锚定力学行为与高温高压实验分析

封隔器卡瓦与套管的锚定效果直接影响到封隔器的坐封性能。当卡瓦嵌入套管时,会在套管接触面上形成咬痕,过大的嵌入深度有可能导致套管损坏、失效。为了确保卡瓦能起到良好的固定封隔器的作用,并且减少其对套管的损伤,采用滑移线理论、有限元法及与试验相结合的方法,研究了卡瓦锚定过程中的力学行为,计算了卡瓦嵌入套管的深度,并分析了卡瓦牙型角、倾角、内锥角及轴向载荷对锚定情况的影响,优选了结构参数。研究结果表明:①卡瓦齿面接触各齿的应力分布不均,会产生应力集中;②卡瓦牙应力随着齿数的增加而逐渐减小;③卡瓦牙嵌入套管的深度随载荷的增加而增加,随着齿数的增加逐渐减小;④在相同载荷下,卡瓦嵌入套管的深度随牙型角和内锥角的增大而减小,随倾角的增大而增大;⑤通过高温高压下的封隔器卡瓦锚定和坐封实验,套管上的卡瓦最大嵌入深度介于0.40～0.45 mm。结论认为,实验结果与有限元模拟结果吻合较好,由此证明了设计和分析的正确性和可靠性。     

海上热采井完井封隔器卡瓦结构优化

为满足热采工艺要求,渤海油田稠油开发井普遍采用高钢级生产套管,现场作业中常出现完井封隔器坐封之后因悬挂力不足而定位失败的问题。为此,结合封隔器分瓣式楔形卡瓦结构特点,以卡瓦牙齿面与套管内壁全接触为设计依据,优化设计新型封隔器卡瓦,通过受力分析推导得出封隔器卡瓦咬入套管深度的理论计算模型,结合卡瓦咬入套管深度和卡瓦牙结构,得出新型封隔器卡瓦剪切强度的计算模型。通过理论计算和有限元法对设计卡瓦进行了优化分析,对比分析了卡瓦外径、坐封力和套管钢级对卡瓦悬挂极限载荷的影响。计算分析表明,卡瓦外径是影响卡瓦悬挂力的主要因素,非同心全接触楔形卡瓦可以大幅提升卡瓦悬挂能力。室内测试表明,在坐封力350 kN情况下,新型封隔器卡瓦能够有效锚定TP125H钢级套管,满足现场工况要求,有望解决现场技术难题。     

机械型防顶卡瓦的研制与现场试验

针对液压式防顶卡瓦锚定时需要液压设备,费用高、施工时间长、作业不方便及影响作业进度的问题,研制了机械型防顶卡瓦。将该防顶卡瓦安装在封隔器之上,封隔器坐封后,在地面旋转油管,推动杆不旋转;在其螺纹作用下,推动杆向下推动锥体,使卡瓦径向张开锚定在套管上,将封隔器坐封时的轴向力固定在套管上;推动杆向下行走后,失去对脱接体的约束,脱接体外径变小与悬挂接头脱开,脱接体以上的管柱可以起出,其余各件留在井内固定封隔器的坐封力。胜利油田35井次的现场试验表明,机械型防顶卡瓦起到了固定封隔器坐封力的作用,达到了设计目的。     

基于正交试验法的高温封隔器镶齿卡瓦优化

高温高压深井、超深井井下工况恶劣，对封隔器等井下工具性能提出了更为严格的要求。为此，以RTTS封隔器卡瓦为研究对象，结合高温井下工况开展卡瓦材料试验，运用有限元法以及正交试验设计，开展卡瓦力学行为分析。优化结果表明：井下高温条件会降低卡瓦材料力学性能，在210℃时屈服强度以及抗拉强度分别下降了9.19%和4.98%,高温下安全系数、安全裕度较常规工况应增加5%～10%;根据正交试验结果，可得卡瓦最优结构参数，即卡瓦安装间距20 mm、合金块安装倾角75°、合金块直径11 mm及卡瓦楔角8°;与原始方案对比，卡瓦最大应力由1 446.1 MPa下降为752.1 MPa,卡瓦各齿咬入深度均匀性标准差由0.003 05下降为0.000 732。所得结论可为镶齿卡瓦结构参数优化提供理论参考。     

高温高压井完井封隔器卡瓦抗剪切强度分析

卡瓦作为封隔器中重要的组成部分,起支撑封隔器和锁定胶筒的作用。针对坐封后卡瓦的咬入会对套管产生损伤,以及套管剪切力会对卡瓦产生损害等问题,模拟高温高压完井封隔器卡瓦的实际受力情况,建立了简化的完井封隔器卡瓦的力学模型,应用弹性力学理论分析了卡瓦的剪切强度,得到了卡瓦剪切强度的计算方法和卡瓦发生损坏的边界条件;采用ANSYS软件分析了卡瓦咬入套管的深度。研究发现,前4个卡瓦牙基本上承受了整个卡瓦作用力,在同一卡瓦牙上,应力最大值出现在卡瓦牙最顶端部位,且对比不同位置的卡瓦齿,发现相同节点的等效应力逐渐下降。第7个卡瓦齿上所有节点的Mises应力很小,可以忽略不计。     

微牙痕卡瓦在封隔器中的应用研究

封隔器的锚定机构在结构形式及卡瓦锚定能力方面存在不足,特别是卡瓦工作过程中会对套管表面造成较大损伤,不仅影响封隔器的工作性能,而且导致了套损井段在油井二次作业中无法进行二次封隔。鉴于此,分析了卡瓦锥面锥角、卡瓦包角、卡瓦牙数量和牙型角等影响卡瓦牙痕的重要几何参数,通过数值模拟得到封隔器卡瓦牙与套管接触应力的变化趋势,即:当卡瓦牙为4牙时对应区域的应力最大,对套管内壁的损伤也最大;卡瓦牙为5牙和7牙时应力分布曲线呈下降趋势;通过扩大每个牙顶的外径,可以使各牙及套管周边的应力分布均匀,同时使卡瓦稳定性增强,减少其对套管的损伤;减小锥面锲形角可以使椎体对卡瓦的作用力后移,有助于使各个齿受力均匀。研究结果可为卡瓦的结构修改及优化设计提供参考。     

海上完井封隔器新型锚定卡瓦咬入套管分析

基于海上φ244.5 mm(9 5/8in)套管井内封隔器应用要求,对卡瓦进行受力分析,计算卡瓦咬入套管的深度。运用ANSYS软件建立卡瓦咬入套管二维有限元模型,研究80°、90°和100°等3种牙型角的卡瓦咬入套管深度和等效应力分布规律。研究结果表明,在相同的坐封压力、验封压力和承载情况下,80°牙型角卡瓦咬入套管深度最小,90°牙型角卡瓦咬入套管深度最大,大于90°咬入套管深度减小;随着卡瓦承受载荷的增大,卡瓦等效应力增大,验封过程中卡瓦应力均已超过材料屈服强度。卡瓦设计时除了需要优化其本身结构参数外,对选材和热处理也有特殊要求,应采用整体淬火+回火+表面渗碳处理,这样可将卡瓦表面硬度和强度提高近2倍。     

高温高压深井试油与完井封隔器卡瓦力学性能分析

高温高压深井作业中,试油与完井封隔器定位性能取决于定位元件卡瓦。卡瓦的力学性能直接影响到封隔器在井下的坐封效果。本文以RTTS完井封隔器为例,了解卡瓦在高温高压深井试油与完井工艺中的工作性能;分析卡瓦受力情况、卡瓦与套管接触前后的相互作用力、卡瓦牙在套筒接触面上形成的复杂的接触应力及其分布规律、及其卡瓦牙根部应力计算公式,为封隔器卡瓦设计及施工参数提供依据。     

耐高压高温可回收式采油封隔器

介绍研制用于高压、高温环境的可回收式采油封隔器的必要性，并从理论与试验的基础上介绍了研制这类封隔器的四条重要途径：设计合理的锚定机构，如采用“桶形卡瓦”；采用牢靠的密封系统，应备有“防突部件”；优选合适的材料，采用丙烯四氟乙烯共聚物制作密封元件，７１８合金制作封隔器中心管；引用独具特色的解封方法，采用化学切割法实现封隔器解封。试验表明这种封隔器不仅达到了与永久型封隔器等效的工作性能而且还具有一系列优点。     

2020年第1期导读

<正>本期论文广场栏目中,高温高压深井试油与完井封隔器卡瓦力学行为模拟一文指出,高温高压深井作业中,试油与完井封隔器定位元件—卡瓦的力学性能直接影响到封隔器的定位性能。该文以RTTS完井封隔器为例,建立卡瓦、锥体和套管的力学模型,利用Ansys软件分析封隔器坐封时的综合受力情况、应力分布等,进而对影响封隔     

卡瓦封隔器在套管井中不坐封原因浅析

卡瓦封隔器能否坐封直接决定测试施工的成败。通过总结分析认为，换位槽和凸耳损坏、合金块的棱角、摩擦垫块与卡瓦弹簧损坏、凸耳固定销松动及固紧套间距是否合适等原因都能导致封隔器不坐封。结合实际井例，分析了各类不坐封原因，提出了具体解决方法。