高温高压封隔器胶筒密封结构设计

随着深井、超深井的开发，封隔器坐封后将长时间承受高温高压、腐蚀等极为复杂的工况。设计一种封隔器胶筒密封结构，该密封结构根据功能特性选取不同的材料，使封隔器能够满足井下高温高压等较为复杂的工况要求。根据实际的井下极端工况条件，对设计的封隔器进行坐封、密封测试，利用商用软件ABAQUS对胶筒在给定工况下的力学行为进行分析。结果表明：设计的封隔器能够在0.2 MN坐封力、204 ℃温度和70 MPa密封压力下稳定工作；在给定的70 MPa压差下，封隔器胶筒橡胶应力水平未达到材料的屈服点，能够保证封隔器的耐久性和可靠性；橡胶胶筒能够产生大于70 MPa压差的接触应力，保证封隔器能承受70 MPa压差。     

裸眼井中扩张式封隔器密封性能研究

以K344型扩张式封隔器为研究对象,建立了裸眼井中封隔器密封元件计算模型,应用有限元软件ANSYS模拟分析了坐封过程中胶筒与井壁接触压力的变化规律。结果表明:随载荷增加,胶筒与井壁接触压力逐渐增加,增加趋势先较快后相对减缓;载荷较小时,胶筒肩部和中部与井壁的接触压力基本相同,随载荷增加,胶筒肩部与井壁接触压力将大于胶筒中部与井壁接触压力。胶筒肩部在密封井壁环空压差时起关键作用,胶筒肩部与井壁的接触压力越大,封隔器密封性能越好。     

封隔器胶筒高温高压密封性能检测试验研究

设计研制一种封隔器胶筒密封性能试验装置。该装置可模拟油井下350℃高温、20 MPa高压恶劣工况,能够模拟封隔器胶筒坐封过程,能够对封隔器胶筒的密封性能进行检测。借助试验装置对不同形式的胶筒进行环空密闭试验,测试了不同形式封隔器胶筒在不同介质下环空腔内压力变化规律,得到了试验后胶筒的形变状态、腐蚀破损情况,检验了各形式胶筒在高温高压工况下的密封性能,为封隔器胶筒的设计和改进提供可靠的试验依据。     

水平井裸眼封隔器密封结构优化研究

针对水平井压缩式裸眼封隔器存在的密封性差、坐封力低、胶筒与井壁间存在间隙等问题,对其密封结构进行改进与优化,设计出一种凸球形隔环和凹球形胶筒组相结合的新型密封结构。运用 ABAQUS 软件模拟密封结构封隔器胶筒的坐封情况,获得胶筒组轴向接触压力的分布规律,并分析胶筒硬度和摩擦因数对接触压力的影响。结果表明：新型密封结构凸球形隔环在轴向压缩胶筒的同时也起径向压缩作用,提高了胶筒与井壁和中心管间的接触压力,增强了封隔器的密封性能;胶筒与井壁间的接触压力随着胶筒硬度和摩擦因数的增大而增大,但过大的摩擦因数会导致下胶筒接触压力明显减小,应选择硬度和摩擦因数合适的胶筒,从而保证封隔器的密封可靠性。     

低渗油藏水平井分段压裂封隔器密封结构研究

低渗油藏水平井分段压裂压缩式封隔器,由于处于高温、高压、复杂深部地层环境,胶筒组常出现坐封力低和坐封提前失效、胶筒与中心管间产生渗漏等问题,导致封隔器密封失效。提出一种十字锥形隔环与槽形胶筒组组合的新密封结构,基于ABAQUS软件分析其胶筒组沿井壁、中心管轴向接触应力,沿井壁的Mises应力分布,以及硬度、坐封力对其接触应力的影响。研究表明,新型密封结构的胶筒组与井壁、中心管接触更加充分,各胶筒接触应力显著提高且分布均匀,保证了封隔器的密封可靠性;胶筒组与井壁间的Mises应力降低,避免了胶筒组被撕裂;随着硬度、坐封力的增加,胶筒组与井壁间的接触应力增加。     

基于有限元的三胶筒封隔器密封性能分析

基于有限元分析方法对三胶筒封隔器的密封性能进行了模拟仿真,确认不同的坐封载荷会使封隔器中的胶筒与套管产生不等的间隙,从而得出三胶筒封隔器中起主要密封作用的位置。     

基于ZSM-5型沸石-水系统的封隔器胶筒材料密封性能研究

为解决高温高压井中封隔器胶筒的失效问题,提高封隔器胶筒密封性能,提出一种基于纳米流控系统的封隔器胶筒材料。以蜂窝状结构为支撑骨架,在蜂窝内包覆憎水性纳米多孔介质与非浸润性功能流体的混合物,制备一种封隔器胶筒材料,该封隔器胶筒材料可随着外压的增大/减小,通过体系内液体流入/流出多孔材料孔道来调节自身体积变化,平衡外界压变。以ZSM-5型沸石-水系统为填充介质,实验获得不同环境温度下ZSM-5型沸石-水基封隔器胶筒材料的压力-体积变化关系。结果表明,当环境温度在30～75℃范围内变化时,随着温度的提升,该封隔器胶筒材料的上压力阈值减小、下压力阈值增大,服役时的压力将稳定在更小区间范围内;其有效变形能力也将随着温度的升高而增大,体现出良好的密封性能,可减小油套环空密封失效风险。     

新型封隔器胶筒橡胶本构模型选择及结构参数优化

传统的封隔器结构一般由刚性隔环分割的两个或三个长胶筒叠加而成,因此,装配要求较高且中上胶筒压缩后肩突严重。为了解决这个难题,通过去除刚性隔环,胶筒间采用倾角配合,上下部分增加铜背圈和支撑环等方式,对封隔器结构进行了改进。对制造胶筒的两种橡胶进行拉伸试验,并用高弹性本构模型对试验数据进行拟合,选取拟合效果最好的本构方程代入有限元软件Abaqus,对新型封隔器结构参数进行分析。得到了铜背环与胶筒配合倾角、中胶筒高度对接触应力的影响规律。最后,将新型封隔器与传统封隔器进行密封性能对比,证明了所采用的优化方式的有效性,为后续封隔器结构优化提供了思路。     

压缩式裸眼封隔器胶筒密封结构研究

水平井裸眼分段压裂完井技术的核心工具之一是压缩式裸眼封隔器,由于封隔器处于高温、高压、复杂深部地层环境,常出现坐封压力低、坐封提前失效,主要原因是封隔器的密封结构不合理,胶筒与井壁间的接触应力低。基于弹性力学理论,推导出封隔器胶筒坐封时受到的最大接触压力,并提出了一种新型压缩式裸眼封隔器四胶筒组合的密封结构,利用Abaqus对比分析了常规和新型组合胶筒在相同条件下的接触应力分布规律,并对新型组合胶筒的端面斜角进行了优选,研究了摩擦因数对新型组合各胶筒接触应力的影响。分析表明,新型四胶筒组合封隔器能更加有效的将坐封压力传递给密封胶筒,使胶筒的接触应力显著提高且分布均匀,保证了胶筒密封的可靠性。     

基于流体渗压的气密封检测工具胶筒密封性能研究

针对3?"气密封检测工具胶筒的密封性问题,基于流体渗压原理,利用有限元法建立了胶筒及与之接触部件的几何模型和接触关系,以胶筒实际所受载荷顺序,先后施加了胶筒坐封载荷和流体渗透载荷,以此为分析步,设计正交试验,计算了不同结构参数组合下胶筒的压缩密封情况,优选出了最佳尺寸胶筒,并对优选胶筒和配套使用的3?"气密封检测工具进行实物加工后,进行了胶筒密封承压能力试验,试验结果显示,所设计的胶筒至少满足10 MPa以内的密封性检测要求,研究表明,基于流体渗压原理的有限元法分析方法可初步模拟得到实际坐封载荷下胶筒的极限环空密封压力。研究方法为气密封检测工具胶筒结构设计和胶筒密封性能研究提供了新的思路。     

油井封隔器内微型液压系统设计与仿真

封隔器是石油开采设备中重要的组成部分,其性能优异会直接影响到开采的进行。而传统封隔器采用机械式方式进行坐封,并依靠橡胶胶筒的自身回弹力进行解封。但在极端情况下,容易出现由于坐封力过大而造成封隔器胶筒发生压缩破坏,解封时胶筒损坏而无法回弹的情况。为此,设计了一种微型液压系统,可实现液压封隔器压紧力与解封力的协调控制及精确调节,保证封隔器实际工作中的安全可靠。搭建AMESim系统仿真模型,模拟运动过程中的坐封与解封过程,研究吸油处流道阻力、出口负载情况、柱塞泵的转速情况以及滑动缸内闭死容积等因素对液压系统动态特性的影响。最后对液压系统的参数进行优化。结果表明,采用微型液压系统入口增压、提升转速、减小吸油处流道阻力等措施可以提高整体系统的响应速率。     

封隔器胶筒大变形的粘-滑摩擦接触分析

采用罚函数方法，结合橡胶大变形问题的增量分析过程，考虑封隔器胶筒与套管之间的粘-滑摩擦接触问题，研究摩擦因数变化对接触压力的影响规律。给出解决封隔器胶筒摩擦接触问题的数值方法，并在此基础上对胶筒与套管之间的摩擦接触进行有限元分析，分析得到采用大变形非线性粘弹性理论和接触摩擦描述的有限元模型，可以比较准确模拟封隔器在坐封和工作过程中胶筒接触压力和变彤的情况，结果表明，摩擦因数变化对封隔器胶筒的接触压力有着较明显的影响。     

基于有限元仿真的水下设备胶筒防肩突变量分析

对于封隔器等水下设备，胶筒的密封性能极为重要，而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。在胶筒受到过大的轴向行程时，会出现肩突，从而导致密封失效。为防止出现肩突，文中定义一个新的参数，防肩突变量。在利用有限元软件进行压缩胶筒的仿真过程中，当防肩突变量不小于0时，则胶筒不会发生肩突。文中提出的防肩突变量对橡胶和类似密封件的有限元仿真研究有重要的理论意义。     

注水封隔器胶筒三维应力有限元仿真分析

为了研究注水封隔器在工作过程中胶筒接触应力变化规律,以Y341注水封隔器为研究对象,利用管柱力学理论得到注水工况封隔器所受轴向力,运用ABAQUS有限元分析软件建立三维有限元分析模型,采用Yeoh模型得到橡胶模拟参数,对封隔器胶筒进行有限元三维应力仿真分析。分析表明:3个胶筒在坐封过程中整体受力趋势相同,在轴向坐封载荷作用下受力不均,下胶筒受力变形最大且肩部应力集中;随着轴向载荷的增大,肩部所受套管正压力不断上升;在不同轴向力作用下,封隔器胶筒对套管施加的力会有变化,套管受力与轴向拉力成负相关。通过有限元仿真分析技术,得到封隔器胶筒在坐封及注水工况下的力学规律,为封隔器设计及优化提供理论依据。     

悬挂式封隔器密封胶筒的密封性能研究

根据悬挂式封隔器密封胶筒的结构和工作特点,分析封隔器在初封和工作阶段胶筒的密封原理及其相应的自由变形、约束变形和稳定变形3种状况下的密封特性。建立胶筒密封性能分析的理论模型,应用压力法分析胶筒在约束变形和稳定变形阶段的材料、几何和应力变化等非线性关系,得出密封面接触应力分布的计算模型,并确立应用封隔器胶筒密封面接触应力判断胶筒密封性能的判别准则。建立悬挂式封隔器胶筒密封的有限元模型,有限元仿真与数值计算得到的密封面接触压力的大小和分布形状具有较好的一致性,证明了建立的理论模型的有效性。     

新型线香机设计及间隙密封流场仿真分析

针对新型线香机在制香过程中缸筒活塞的间隙密封问题,在研究新型线香机制香的基础上,对新型线香机的密封性能进行了归纳,提出了该缸筒活塞装置泄流量的仿真研究,通过采用GAMBIT软件建立缸筒活塞的数学结构模型,利用Fluent模拟缸筒活塞的内部流动,对不同结构的间隙内部流场进行了仿真分析,得出了缸筒活塞间隙密封内压力场的流场分布图。研究结果表明,该缸筒活塞装置的内部流场的间隙密封的密封性能主要受间隙宽度的控制影响,随着压力、密封间隙的增大,泄漏量也随之增加,而缸筒与活塞之间的密封间隙最优化的宽度应控制在0.3 mm以下,可以通过减小密封间隙来减少泄漏量,该结果可对新型线香机的改进优化提供了方向。     

封隔器超弹性胶筒力学性能的试验研究

封隔器的关键元件是超弹性胶筒,当封隔器胶筒座封时,其力学性能的优劣将确定封隔器的密封能力.利用非接触式的光学测量方法——自动网格法进行橡胶试样的变形测量,并利用基于该测量方法而开发的橡胶材料温度相关力学行为测试系统,对封隔器橡胶在不同温度下的力学行为开展试验研究,获得了高精度的拉伸应力——应变曲线.试验结果还表明,随着...     

间隙宽度对冲击气缸间隙密封性能的研究

对冲击气缸间隙密封的理论分析表明,当冲击气缸的结构尺寸确定时,影响泄漏量的最主要因素为间隙宽度和密封间隙进出口压差。利用FLUENT软件建立机械振打系统冲击气缸间隙密封模型,分析冲击气缸密封间隙进出口压差和间隙宽度对间隙密封泄漏量的影响。结果表明,当缸筒静止时,冲击气缸入口操作压力从0.3 MPa变化到0.5 MPa时对其泄漏量影响不显著,实际工业应用中可以忽略;间隙密封的密封性能主要受间隙宽度控制,其泄漏量随着间隙宽度的增大而增大,但在间隙宽度小于0.03 mm时泄漏量随间隙宽度增加的变化较小,因此冲击气缸的活塞与缸筒之间的间隙密封的间隙宽度应控制在0.03 mm以下。     

封隔器胶筒大变形摩擦接触的有限元分析

关于封隔器胶筒接触压力的求解，目前文献所给出的计算公式均没有考虑摩擦因数对封隔器胶筒接触压力的影响，而摩擦因数对接触压力有较明显的影响。针对胶筒与套管之间的粘-滑摩擦接触问题，采用罚函数技术，结合橡胶大变形问题的增量分析过程，给出解决封隔器胶筒摩擦接触问题的数值方法，并在此基础上对胶筒与套管之间的摩擦接触进行有限元分析。计算结果表明，采用大变形非线性粘弹性理论和接触摩擦描述的有限元模拟技术，可以比较准确地模拟摩擦因数对封隔器胶筒接触压力的影响，所得的结果比经典理论公式的分析结果的精度更高，具有理论价值和工程应用价值，可为胶筒的优化设计提供一定的依据。     

间隙宽度对冲击气缸间隙密封性能的影响

对冲击气缸间隙密封的理论分析表明,当冲击气缸的结构尺寸确定时,影响泄漏量的最主要因素为间隙宽度和密封间隙进出口压差。利用FLUENT软件建立机械振打系统冲击气缸间隙密封模型,分析冲击气缸密封间隙进出口压差和间隙宽度对间隙密封泄漏量的影响。结果表明,当缸筒静止时,冲击气缸入口操作压力从0.3 MPa变化到0.5 MPa时对其泄漏量影响不显著,实际工业应用中可以忽略;间隙密封的密封性能主要受间隙宽度控制,其泄漏量随着间隙宽度的增大而增大,但在间隙宽度小于0.03 mm时泄漏量随间隙宽度增加的变化较小,因此冲击气缸的活塞与缸筒之间的间隙密封的间隙宽度应控制在0.03 mm以下。