封隔器压缩式胶筒剪切流变特性探讨

根据流变力学理论,建立了井壁约束条件下封隔器胶筒的剪切应力松弛和蠕变预测方程,通过外推法反演得到呈指数分布的材料参数方程,指出积分导数-指数在时间上具有等效性;提出了基于最小二乘法原理的封隔器胶筒应力松弛试验数据的拟合作法;计算了封隔器胶筒应力松弛模拟试验预加的初始剪应力及剪应变。分析结果表明:封隔器胶筒的应力松弛现象和蠕变效应直接影响封隔器胶筒元件的尺寸稳定性及密封性能;封隔器胶筒的剪应力随时间的增加而衰减,直至达到稳态水平而不再衰减;封隔器胶筒的剪应变随时间的增加而增大,出现快速上升和缓慢平稳2个阶段。较好地描述了井壁约束条件下封隔器胶筒的流变特性。     

封隔器胶筒接触应力分布有限元计算

利用ANSYS软件对3种封隔器胶筒的接触应力进行了有限元计算，得到了接触应力沿胶筒轴向的分布情况。比较不同结构封隔器胶筒在相同条件下的接触应力分布，可知新型封隔器胶筒在高压下接触应力分布更为均匀合理，具有较好的应用前景。     

封隔器胶筒对套管接触应力模拟试验研究

为研究封隔器工作的可靠性 ,将胶筒安装在模拟试验装置中做模拟井下工况的受力试验 ,通过 4 0只应力传感器测得胶筒在封隔时对套管接触应力的大小及分布情况。结果表明 ,胶筒被压缩后对套管的接触应力主要集中在每节胶筒的中间带 ,应力呈规律性变化 ,随受压元件轴向力的加大 ,胶筒对套管的接触应力也增加 ,特点是胶筒沿套管轴向应力差别较大 ,沿套管径向应力分布较均匀。这说明封隔器工作时每节胶筒中间带起主要密封作用 ,接触最好 ,两端则较差。     

双胶筒封隔器的研究与应用

针对萨北油田目前注水井用封隔器普遍存在的洗井滑套胶圈过孔易被刮坏、洗井后洗井滑套不归位、封隔器坐封后有效密封面积小、解封机构不合理及解封成功率低等问题，研究应用了双胶筒封隔器。主要介绍了该封隔器的研究试验情况及其工艺特点，并通过对现场试验情况的分析，进一步阐明了该封隔器对于提高注水井密封率和注水合格率，降低作业施工难度方面的重要作用。     

封隔器胶筒接触应力的数值模拟分析

利用ANSYS软件对封隔器胶筒的接触应力进行了数值模拟计算，通过计算分析得到了接触应力沿胶筒轴向的分布情况。计算表明，此种封隔器可承受40MPa的密封压差，接触应力的最大区域位于端部胶筒与中段工作胶筒的接触部位，高温持久试验也证明其可以满足工作要求。     

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。     

双胶筒封隔器的研究与应用

针对萨北油田目前注水井用封隔器普遍存在的洗井滑套胶圈过孔易被刮坏、洗井后洗井滑套不归位、封隔器坐封后有效密封面积小、解封机构不合理及解封成功率低等问题,研究应用了双胶筒封隔器.主要介绍了该封隔器的研究试验情况及其工艺特点,并通过对现场试验情况的分析,进一步阐明了该封隔器对于提高注水井密封率和注水合格率,降低作业施工难度方面的重要作用.     

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.     

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。     

双胶筒封隔器胶筒密封性能分析

以双胶筒封隔器为研究对象,应用ANSYS有限元软件建立封隔器密封元件的计算模型,分析了在不同加载方式、不同胶筒端面斜角以及不同摩擦因数等条件下,封隔器胶筒与套管之间接触压力的变化规律。指出不同的加载方式对封隔器胶筒所获得的接触压力有较大的影响,胶筒单向加载比双向加载能够获得更大的接触压力,2材料相同时,所产生的接触压力相差较大;胶筒端面斜角为40～50°、胶筒和套管壁的摩擦因数为0.5时,上下胶筒均能产生最大的接触应力,可获得最好的密封效果。     

Sealing properties and structure optimization of packer rubber under high pressure and high temperature

During hydraulic fracturing operations of low-permeability reservoirs,packers are the key component to ensure the success of multistage fracturing.Packers enable sections of the wellbore to be sealed off and separately fractured by hydraulic pressure,one at a time,while the remainder of the wellbore is not affected.However,reliable sealing properties of the packer rubber are required to meet the high-pressure and high-temperature(HPHT)conditions of reservoirs(such as 70 MPa and 170 ℃).In this study,the structures of the packer rubber with two different materials are optimized numerically by ABAQUS and validated by experiments.The optimization process starts from the packer rubber with a conventional structure,and then,the weakest spots are identified by ABAQUS and improved by slightly varying its structure.This process is iterative,and the final optimized structure of a single rubber barrel with expanding back-up rings is achieved.For the structure of three rubber barrels with metallic protective covers,both HNBR and AFLAS fail under HPHT conditions.For the final optimized structure,the packer rubber made of AFLAS can work better under HPHT than that made of HNBR which ruptures after setting.The results show that the optimized structure of a single rubber barrel with expanding back-up rings and the material AFLAS are a good combination for the packer rubber playing an excellent sealing performance in multistage fracturing in horizontal wells.     

封隔器胶筒应力数值模拟与结构优化研究

封隔器胶筒是具有弹性密封、用以保护套管的井下工具,其结构形式和材料性能决定封隔器的密封压差。利用MARC有限元分析软件模拟封隔器胶筒的密封状态,分析计算轴向载荷、密封压差与接触压力之间的关系及封隔器胶筒结构对它的影响,获得了胶筒高度、外斜角、外径等优化结构参数,提高了封隔器胶筒的耐压差性能。     

遇油膨胀封隔器胶筒应力的有限元分析

封隔器验封过程中,常规方法存在验封过程复杂,人为因素影响大以及成本高等缺点。为此,采用有限元法对遇油膨胀封隔器在井下各种工况下的密封性进行了研究,以建立不同压力下遇油膨胀封隔器的密封性评判标准为研究目标,以期为现场遇油膨胀封隔器的密封性判断提供理论依据。采用超弹性单元和四边形单元建立中心管、胶筒和套管的模型,表面粗糙度的模拟通过随机曲线来体现。分析模拟结果认为,胶筒上、下无论是承受压差还是不承受压差,最大接触压力都位于胶筒的中部位置。在胶筒承受压差的作用下,下方胶筒的接触压力大于上方胶筒的接触压力。     

致密油地层坍塌压力预测及井壁稳定技术研究

针对大港油田致密油藏井壁坍塌等问题,开展了致密油井壁失稳潜在影响因素分析,利用力-化学耦合井壁坍塌压力预测技术,结合岩心实测岩石力学及地应力参数,校正了地层压力预测模型,建立了致密油强水敏地层随井眼轨迹变化的坍塌周期图版,制定出合理的钻井液密度范围,为致密油勘探开发创造良好的条件。     

封隔器卡瓦三维光弹性应力分析

文中针对封隔器的实际结构,建立了三维光弹性实验模型,通过实验检测出卡瓦的内部应力及卡瓦与套管的接触应力,得到了卡瓦锚爪的应力分布规律,为卡瓦的优化设计提供了理论依据.     

考虑应力敏感性的产能与压差非线性关系

将岩石应力敏感性代入裘比公式得到新的单井产能计算式,采用同类项消除法,将计算式变形为可由提液前后的压力数据得到提液前后产能比的计算式。将产能比的计算值与实际值代入平方误差函数作为衡量二者接近程度的手段,若改变应力敏感系数对二者接近程度影响很大,则说明应力敏感为该油田产能与压差非线性关系的主要影响因素,同时还能够得到使平方误差函数达到最小的应力敏感系数。采用该方法对埕北油田提液井的产能变化进行了分析,结果表明:高渗透油藏产能同样受制于岩石应力敏感性,得到最优化应力敏感系数后能进一步得到该油田岩心的应力敏感性曲线。     

大井眼卡簧式铅封防砂封隔器的研制

为保证大井眼防砂井正常生产,研制了卡簧式铅封防砂封隔器。该封隔器主要由坐封机构、丢手装置、复合铅封组件及导向系统组成。卡簧式坐封机构的设计增大了坐封锁紧力,同时保证坐封安全可靠;滑块式丢手装置有效避免了刚体伤害;另外复合铅封组件采用内带刚性结构的高密度柔性石墨结构,耐温达350℃,适应稠油热采要求。室内试验和现场应用表明,该工具创新性强,综合性能安全可靠,能很好地满足φ244.5 mm(95/8英寸)套管完井生产的需要。