压缩式封隔器胶筒力学性能分析

将压缩式封隔器分为自由变形和约束变形2个阶段。从胶筒变形的几何、静力和物理方程中推导出了封隔器密封的最小坐封力;计算了自由变形阶段胶筒的高度,得到了胶筒在有、无工作压差2种条件下的接触应力。在此基础上得到了胶筒的极限密封压力,分析了胶筒的强度,确定合理的坐封力和工作压差。为封隔器胶筒结构尺寸的设计提供理论依据。     

压缩式封隔器胶筒变形阶段力学分析

封隔器是常用试采井下工具,胶筒是封隔器中最重要的部件。将压缩式胶筒的变形分为自由变形和约束变形2个阶段,分析了其绝对体积变化规律,得到了使胶筒刚好与井壁接触的轴向力,据此可以确定最小坐封载荷;得到了井壁和中心管对胶筒的约束压力,在此基础上得到了压缩式胶筒的各个应力分量和第四相当应力,据此可以给出坐封力下胶筒的强度,确定合理的坐封力。实例计算解释了现场封隔器胶筒在坐封载荷作用下损坏的原因。     

封隔器胶筒轴向压缩大变形与双重接触力学分析

压缩式封隔器胶筒属大变形材料,在坐封过程中与中心管、套管产生双向接触摩擦,给理论分析带来难度。鉴于此,考虑胶筒材料非线性、几何非线性及双重接触非线性,采用弹性力学理论和橡胶大变形本构关系,推导了胶筒坐封过程中的变形和接触压力计算公式,根据力学基本理论建立胶筒变形方程。将胶筒变形分为自由变形、单向约束变形和双向约束变形3个阶段,利用载荷迭代法求解各阶段的接触压力和压缩量。提出以密封系数作为封隔器坐封的判别条件,密封系数越大,表明密封性能越好;通过密封系数不小于1来判断封隔器是否完全坐封,由封隔器承受的最大压力来判断适用于何种深度的压裂井。该项研究结果可为封隔器设计提供理论依据。     

热采井封隔器胶筒非线性大变形分析

井底复杂环境下封隔器胶筒的密封性能是影响热采井生产安全的关键因素之一。采用Yeoh本构模型表征胶筒超弹性与非线性特点,数值仿真封隔器坐封过程,分析胶筒非线性大变形,获得胶筒压缩距与接触应力变化规律。基于正交试验设计方法,系统研究了坐封载荷、井底温度、胶筒长度、胶筒厚度、胶筒与套管摩擦因数等对胶筒力学响应的影响。研究结果表明:封隔器坐封载荷与胶筒厚度是影响胶筒压缩距和接触应力的主控因素;随着坐封载荷增加,封隔器压缩距与接触应力非线性增大;胶筒厚度的增加能明显降低压缩距,提高接触应力。研究结果可为热采井封隔器型号优选提供依据。     

封隔器胶筒密封性能有限元分析

封隔器胶筒的密封性能直接制约其使用性能，且胶筒属于超弹性材料，在井下多种载荷作用下，其力学行为复杂。以三胶筒组合的压缩式封隔器为研究对象，建立了封隔器密封元件的有限元力学模型，分析了加载方式、摩擦因数以及胶筒硬度等对胶筒接触应力的影响，得出了接触应力沿胶筒轴向的分布规律，研究结果可指导封隔器胶筒组合的设计和井下作业。     

压缩式封隔器密封胶筒有限元分析及改进

针对常规压缩式封隔器密封胶筒存在的问题,对常规型和改进型封隔器胶筒在不同坐封载荷下的接触应力进行对比分析,以提高封隔器下井安全性、工作稳定性和密封可靠性。结果表明：改进后的新型压缩式封隔器胶筒比常规封隔器胶筒具有更高的承压能力,使管柱的下井安全性能大幅提高,满足了现场操作需求,提高了下井成功率。     

海上完井封隔器胶筒试验装置设计及应用

设计了封隔器胶筒试验装置,可通过机械和液压2种方式压缩胶筒坐封,能够实现对单胶筒和多胶筒组合的密封检验,具有实时锁紧和快速复位、预先设置压缩行程及上下环空双向验封功能。试验和应用结果表明:该装置实用性强、操作方便,解决了以前只能通过封隔器配合使用才能完成对胶筒密封性能检验的局限。     

三胶筒封隔器胶筒硬度优选

基于三胶筒封隔器的密封原理、技术特点,并通过理论计算和建模分析可知,三胶筒斜面变形严重,对径向压力影响较大,在三胶筒设计时应首先考虑中间胶筒的硬度最大化,边胶筒硬度小,当胶筒硬度设计组合为80HSA/90HSA/80HSA的胶筒组合最大径向压缩比为44.82％,此种胶筒组合方式最佳,三胶筒设计具有一定的指导意义.     

压缩式封隔器胶筒检测工具研制与应用

针对目前忽视压缩式封隔器胶筒检测这一中间环节,胶筒一旦出现密封不严,不能直接找出原因的问题,研制了压缩式封隔器胶筒检测工具。该检测工具主要由胶筒密封部分、液压坐封部分、压缩距测量部分和机械解封部分等组成,具有检测方式简单、可靠、准确的特点。检测结果表明:该压缩式封隔器胶筒检测工具可以检测多个型号的压缩式封隔器胶筒的规格尺寸、硬度、压缩距、压缩力和密封压差。该检测工具不仅可以检测常温胶筒,也可检测高温胶筒。压缩式封隔器胶筒检测工具的研制提高了封隔器的利用率,节约了生产成本。     

压缩式缩径井封隔器胶筒的结构优化研究

针对压缩式缩径井封隔器外径小、胶筒压缩变形量大、密封效果差的问题,开展了压缩式缩径井封隔器胶筒结构优化设计,并进行了承压能力的理论和试验分析,研制了一种适合缩径井高压密封的胶筒结构型式。通过试验证明,该缩径井胶筒(外径100mm)在φ139.7mm(51/2英寸)套管中承压不低于25MPa,满足了缩径井的使用要求。     

压缩式缩径井封隔器胶简的结构优化研究

针对压缩式缩径井封隔器外径小、胶筒压缩变形量大、密封效果差的问题,开展了压缩式缩径井封隔器胶筒结构优化设计,并进行了承压能力的理论和试验分析,研制了一种适合缩径井高压密封的胶筒结构型式.通过试验证明,该缩径井胶筒(外径100 mm)在φ139.7 mm(51/2英寸)套管中承压不低于25 MPa,满足了缩径井的使用要求.     

深层气井封隔器胶筒力学行为仿真

以深层气井测试作业过程中常用的RTTS封隔器为对象,采用ANSYS软件建立了封隔器胶筒非线性材料大变形接触问题的力学模型,开展了坐封后胶筒的受力与变形规律研究,并对影响封隔器密封性能的各种结构参数和材料参数进行了敏感性分析。分析结果表明,胶筒高度越高、胶筒硬度越小,越易坐封;胶筒厚度越小、胶筒高度越高、胶筒摩擦因数越小,胶筒与套管间接触力越大。需要特别指出的是,存在一个胶筒坐封最容易的中等厚度,存在一个胶筒与套管内壁接触力最大的胶筒硬度,随着摩擦因数的增大,胶筒与套管内壁间接触力减小,摩擦力增大。     

井下封隔器胶筒橡胶材料力学性能试验研究

封隔器胶筒橡胶材料的性能决定了封隔器密封性能的好坏。由于胶筒是非线性弹性材料,其橡胶配方的不同对材料性能有相当大的影响,因此,必须通过试验测定胶筒材料的力学性能。文章主要是对封隔器胶筒硫化橡胶的标准试样在不同压力和不同温度条件下的性能进行试验,获取应力-应变关系及橡胶的压缩模量、杨氏模量等值,为分析封隔器的工作性能提供基本依据。     

带金属护肩封隔器的密封特性研究

针对胶筒肩部突出引起封隔器失效的问题,基于封隔器坐封过程,并考虑高温高压对封隔器密封性能的影响,建立了密封组件非线性接触模型,研究了带金属护肩封隔器的密封特性。研究结果表明,常用封隔器坐封过程中,封隔器胶筒表现出较强的肩部突出特性;胶筒肩部突出随坐封力增大而愈加严重,高温高压加剧肩部突出;阶梯坐封力从初始15 MPa增到38 MPa而最终坐封,随温度上升,左端与中间胶筒的接触压力都随坐封载荷的增大而增加,胶筒的密封性能在井温150℃时达到最优;井下温度30℃时压缩距离最大,随着温度升高,压缩距离逐渐变小但差别较小。     

压缩式封隔器射孔段坐封的有限元分析

在经过射孔工艺改造后的注水井中,常规封隔器胶筒坐封射孔的受力状况比较复杂。通过对压缩式封隔器胶筒进行工况下的受力分析与有限元建模,对压缩式封隔器光滑套管段坐封与射孔段套管坐封进行有限元计算和分析,得出了2种坐封情况下封隔器胶筒以及胶筒与套管之间的应力分布规律。通过对比分析,发现压缩式封隔器在射孔段坐封时,封隔器坐封效果有所下降,但不影响使用,可以在射孔段实现封堵。胶筒与毛刺接触后,胶筒等效应力并未急速增大,同时并未对胶筒造成破坏。研究内容为评估封隔器的使用效果提供了一种新的方法。     

水井封隔器胶筒防掉井装置革新

压缩式封隔器是油田实现分层注水的主要工具，由于压缩式封隔器的解封均以上提强拉为主，不同程度的存在胶筒脱落掉井的情况，而掉井胶筒无法通过常规作业工序打捞（冲、捞），必须通过大修磨铣才能清除。现场统计表明成功释放后二次起出的压缩式封隔器均有一个胶筒脱离本体，且并未随管柱起出地面。随着水井调、重配等次数的增加，掉井胶筒逐渐增加，致使人工井底上升。因此有必要开发一种既不影响压缩式封隔器管柱的分层效果，又能有效防止胶筒掉井的工具。     

对压缩式封隔器胶筒变形的分析

本文介绍压缩式封隔器胶筒变形的微分方程推导及其解的应用,供设计封隔器选择胶筒及使用时参考。     

水井封隔器胶筒防掉井装置

压缩式封隔器是油田实现分层注水的主要工具，由于压缩式封隔器的解封均以上提强拉为主，不同程度地存在胶筒脱落掉井的情况，而掉井胶筒无法通过常规作业工序打捞（冲、捞），必须通过大修磨铣才能清除。现场统计表明，成功释放后二次起出的压缩式封隔器均有一个胶筒脱离本体，且并未随管柱起出地面。随着水井调、重配等次数的增多，掉井胶筒逐渐增加，致使人工井底上升。因此，有必要开发一种既不影响压缩式封隔器管柱的分层效果，又能有效防止胶筒掉井的工具。水井封隔器胶筒防掉井装置的研制是在不影响管柱功能的前提下，采取结构防掉的原理，在水井作业施工时随管柱下井，二次作业时，通过工具结构在管柱起出过程中将脱落胶筒捕获，达到保护井底的目的。     

基于正交试验的压缩式封隔器胶筒的结构参数优化

主要用于封隔油管与套管环形空间的封隔器胶筒在现场使用中常常出现密封失效和撕裂失效等问题。为了解决上述突出问题,基于虚功原理、Von Mises屈服原则及接触非线性理论,建立了压缩式封隔器胶筒工作中的三维有限元计算模型,采用正交优化方法,对胶筒的关键结构参数长度、厚度和倒角尺寸进行了优化,获得了胶筒关键结构参数的最优组合方案,并对优化前后封隔器胶筒的力学性能进行了对比分析。研究结果表明：①对胶筒密封性能影响由大到小的因素排序为：厚度、倒角尺寸、长度;②胶筒关键结构参数的最优组合应为长度80 mm、厚度20 mm、倒角尺寸10 mm;③较之于优化前,优化后的胶筒与套管间的最大接触应力平均提高70.44%、胶筒最大Mises应力平均降低15.72%、胶筒的压缩距平均降低37.82%;④在相同坐封载荷作用下,优化后的胶筒增大了胶筒与套管间的接触应力、降低了胶筒自身的Mises应力。结论认为,经过参数优化后的封隔器胶筒能够更好地满足现场使用中的密封性能和寿命要求。     

水井封隔器胶筒防掉井装置革新

压缩式封隔器是油田实现分层注水的主要工具，由于压缩式封隔器的解封均以上提强拉为主，不同程度的存在胶筒脱落掉井的情况，而掉井胶筒无法通过常规作业工序打捞(冲、捞)，必须通过大修磨铣才能清除。现场统计表明成功释放后二次起出的压缩式封隔器均有一个胶筒脱离本体，且并未随管柱起出地面。随着水井调、重配等次数的增加，掉井胶筒逐渐增加，致使人工井底上升。因此有必要开发一种既不影响压缩式封隔器管柱的分层效果，又能有效防止胶筒掉井的工具。