扩张式封隔器性能分析及试验研究

针对具有单向护肩结构的大扩张比封隔器入井测试问题进行了研究,由于该封隔器扩张比达到40%,远高于常规封隔器,为防止封隔器胶筒坐封过程中发生大的挤压变形和向上位移,在封隔器胶筒上端设计了护肩机构,而常规封隔器上环空试压方法不能验证护肩功能,并容易导致封隔器解封。为此对大扩张比封隔器实际坐封状态进行了有限元计算和地面测试,在此基础上设计了能够实现下环空测试封隔器性能的管串结构和试验工艺,并完成了入井试验。试验结果表明封隔器下环空试压达到18MPa,封隔器护肩坐封过程中能够胀开保护胶筒并在上提解封时实现收缩。研究所形成的计算及试验工艺方法实现了对封隔器工作状态的有效测试,为封隔器功能完善、结构改进提供了参考依据。     

高压单管封隔器的设计

Y241-115型高压单管封隔器主要用于分层注水中。该型隔器中设计的卡簧内锁紧机构。实现了机构的重复坐封,提高了承压能力,采用的单向卡瓦结构,对注水工艺管柱进行扶正和锚定,提高了传统的无卡瓦封隔器的承压能力与解封力。同时还采用新型胶筒材料,能使密封元件更好耐高压、高温。因此封隔器具有承压能力高,使用寿命长,密封效果好,能够满足高压分注工艺要求。     

双封单卡带压拖动压裂工艺管柱研究

双封单卡压裂工艺具有工艺简单、作业灵活、可实现储层精确改造等优点,但又存在压裂施工效率低、排量小、管柱封隔器解封难度大等不足。通过研制带压拖动压裂井口及井下配套压裂工具,实现了换层压裂时无须等待油管放压,可直接拖动油管换层压裂新目的层,大幅提高压裂施工效率,管柱压裂排量可达到10 m~3/min,并解决了管柱封隔器负压差下难于解封的问题,该技术将在老井重复压裂和水平井多段压裂方面发挥重要作用。     

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。     

旋转解封封隔器管柱扭矩问题研究

实际工程中封隔器常因管柱受阻力过大不能上提解封,为避免蛮横施工可采用旋转解封方式解封封隔器;封隔器工作时胶筒膨胀,计算管柱扭矩时只考虑封隔器解封力产生的扭矩;为了确保解封时管柱不发生破坏,根据管柱受力特点建立了三维模型,提出了旋转解封封隔器时不同深度处管柱扭矩的计算公式以及井口液压钳旋转圈数的计算方法,分析了影响扭矩因素,得出扭矩随井深增加而逐渐减小,随管柱横截面积增大而增大的结论。     

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。     

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。     

海上油田注水井扩张式封隔器性能评价研究

新型扩张式封隔器的生产应用需通过多项关键性能测试,为保证其工作表现,提出了一套扩张式封隔器性能评价方法。以行业标准为基础,结合工程经验制定了扩张式封隔器的测试流程和评价标准,同时研制了一套测试工具为室内试验提供条件。评价内容包括封隔器本体验漏、坐封与解封性能测试、胶桶疲劳测试、环空密封性能测试等。该方法流程安排合理,被测对象一次装入可完成坐封、解封及胶筒疲劳性能3项测试,避免了多余拆装过程。试验结果表明,该评价标准具有较高可靠性,通过测试的扩张式封隔器在应用中稳定可靠。通过测试的扩张式封隔器已成功应用于渤海油田50口井次,成功率为100%,平均有效期为36个月。     

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。     

具有双防退功能的封隔器技术研究与应用

针对常规尾管顶部封隔器在尾管固井作业中所表现出来的环空封隔压力低,安全可靠性较差等问题,研制了带有组合式防退锁紧机构的单胶筒尾管顶部封隔器。封隔器将防退卡瓦与双面卡簧两种防退锁紧机构组合在一起,有效解决了胶筒在坐封后的回缩问题,保证了密封效果。同时封隔器胶筒采用了一体式设计,两侧为组合式防突环,可在封隔器坐封时膨胀,形成密闭空间,防止胶筒在高压作用下发生轴向窜动,进一步提高了封隔器封压能力。该型封隔器在完成样机试制后,进行了一系列地面性能试验,并在现场进行了现场应用,取得了良好的应用效果。     

压缩式胶筒结构优化及裸眼密封性能分析

压缩式封隔器广泛用于油田分层开采工艺，其胶筒的坐封通过高压流体作用在活塞上压缩胶筒或管柱来实现。现场作业发现：压缩式胶筒离载荷端较远，且大多采用单向加载，导致坐封不完全，接触应力与密封性能系数较低。针对上述问题，基于Mooney-Rivlin超弹模型、胶管变形及接触非线性理论，建立压缩式胶筒组有限元计算模型,从内衬套和防肩突结构开展单因素分析，并对其裸眼密封性能进行研究，结果表明：三角形内衬套能有效提高胶筒中部接触应力；金属圆环防突结构能提高胶筒密封性能系数；与常规压缩式封隔器相比，优化后的压缩式封隔器密封性能显著提高；裸眼井壁的不规则程度在一定范围内时，对封隔器的密封性能影响不大。     

一种新型Y341型封隔器的研制与应用

针对油田常规Y341型封隔器结构较长、密封不可靠、坐封压力高、解封载荷大等问题,设计了一种新型Y341型封隔器。该封隔器总体结构紧凑,总长较短,密封结构独特可靠,洗井后重复密封可靠性高,坐封压力低,解封力小。能够方便可靠地完成油田的分层注水及注聚作业。     

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。     

地层测试器双封隔器坐封性能研究

该文介绍了地层测试器的工作原理及封隔器结构,分析了双封隔器的坐封及测压原理,设计了封隔器坐封性能测试装置,通过模拟井下封隔器工作环境,测试其坐封和自动解除坐封性能,验证了不同井径条件下封隔器承受内充压和两端差压的能力,为地层测试器双封隔器地层测试提供了重要的应用参数.     

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。     

三胶筒封隔器胶筒的密封性能分析

以三胶筒封隔器为研究对象,应用ANSYS有限元软件建立了封隔器密封元件的计算模型,分析了不同坐封载荷下胶筒的变形、胶筒与套管接触压力的变化规律。计算结果表明,弹性模量相对较小的中胶筒首先与套管接触,其次是靠近载荷施加端的胶筒与套管接触,远离载荷施加端的胶筒最后与套管接触。三段胶筒与套管的接触压力都随坐封载荷的增大而增大,在不同坐封载荷下,靠近载荷施加端的胶筒与套管的接触压力均大于中间胶筒和远离载荷施加端胶筒的压力,靠近载荷施加端的胶筒与套管的接触压力越大,封隔器的密封性能越好。     

基于CFD的水平井压裂管柱有限元分析

在坐封和压裂施工过程中,需要对水平井压裂管柱进行有限元分析,以此来确保水平井多级压裂管柱的作业安全性。以水平井压裂管柱为研究对象,提出了3个研究假设,应用CFD有限元软件建立了弯曲管柱和水平管柱的三维非线性有限元模型,根据实际的坐封和压裂施工参数,分析了管柱作业强度,并与理论计算结果进行对比分析,相互验证了结果的可靠性。     

主动伸缩式高温油管柱锚定工艺管柱的研制

针对在已实施的汽驱开采的油田产液井生产工艺中,抽油杆相对油管伸缩不同步而造成活塞碰泵,需要经常的调整防冲距这一难题,研制了主动伸缩式高温油管柱锚定工艺管柱.该工艺管柱由油管+抽油泵+伸缩式锚定坐封装置+筛管组成,工作时右旋工艺管柱坐封锚定、左旋解封；而温度变化到一定程度时,油管受力大于伸缩式锚定坐封装置内的爪簧力,因此...     

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。     

高温高压深井试油与完井封隔器管柱力学性能分析

高温高压深井作业对试油与完井封隔器的坐封要求精准,通常都在5‰以内,由于封隔器与管柱相连,在井下试油与完井作业中由于受高温度、高压力的作用,管柱的受力情况和力学性可能会影响封隔器的坐封性能和井下作业安全。RTTS试油与完井封隔器作为研究对象,应用管柱力学理论,综合考虑管柱的整体受力情况,通过对高温高压复杂深井封隔器管柱受力及变形进行计算和分析,了解试油与完井封隔器的施工轴向载荷,对于分析封隔器的定位性能和井下作业安全意义重大。