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。     

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。     

THT封隔器胶筒力学行为有限元分析

针对THT封隔器胶筒井下失封、断裂、脱落等情况,运用ANSYS软件对THT封隔器的胶筒力学行为进行有限元分析。根据THT封隔器工作原理与结构特征,建立胶筒-胶筒接触有限元模型,得到胶筒与套管接触应力云图。有限元分析结果显示,胶筒接触应力沿轴向递减分布,加载端接触应力大于远离端;倾斜角和加载方式对接触力有明显影响,小倾斜角下接触应力递减平缓,但最大接触应力较小;大倾斜角的接触应力与小倾斜角相反。经过分析对比,倾斜角在80°时,接触应力最优;与单向加载方式相比,双向加载方式能很好地避免因摩擦力而导致的接触力沿轴向分布不均现象。     

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。     

高温高压测试封隔器胶筒的研制

针对中国西北和西南地区超深、超高温、高压油气井测试封隔器胶筒性能指标不达标问题,研制了与?193.7 mm测试封隔器相配套的高温高压测试封隔器胶筒。采用三胶筒结构设计,中间胶筒起密封作用,2个端胶筒硫化钢网和拉伸弹簧增强承压能力和回缩能力;优选了FKM(氟化橡胶)材料,提高了胶筒耐温性能;通过有限元分析,验证了胶筒结构设计和硬度可以满足设计需求。依据API 11D1标准对封隔器高温高压密封性能进行了室内测试,承压试验结果表明,封隔器胶筒达到了204℃、105 MPa、V0级。将胶筒与现有测试封隔器装配,进行了样机试验,结果表明,工具在150℃升温到204℃情况下封隔器胶筒下部和上部均承压差105 MPa,胶筒尺寸参数变化率在5%以内,现场应用进一步验证了该胶筒的可靠性。该测试封隔器的研制成功可助力于超深、超高温、高压油气田的高效开发。     

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。     

高压封隔器密封胶筒的改进

介绍了封隔器的作用;从力学分析角度分析了常规封隔器胶筒的缺点。并设计了由2个胶筒组成的封隔器密封封隔单元;建立了常规和新型高压封隔器密封胶筒有限元分析模型,分析计算了不同轴向压力（50～100kN）下胶筒的变形和应力变化。从计算结果和现场使用可以看出,最上边的胶筒承受的力最大;新型胶筒的承载能力比常规胶筒提高40％以上。     

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.     

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.     

新型高温高压封隔器组合式胶筒结构设计及试验

针对完井封隔器的胶筒存在耐温、耐压和循环测试可靠性等不足的技术难题,研制了符合API 11D1-V3级别的耐温170℃、耐压41 MPa的组合式胶筒.设计了三胶筒组合的胶筒结构,优先选了胶筒材料,并对关键尺寸进行计算和优化.建立有限元模型,分析了胶筒的接触应力和密封性能.按照API 11 D1-V3级别进行室内测试,并...     

封隔器耐温模拟试验系统研制与应用

研制了2种规格的封隔器耐温模拟试验装置,配套升温和增压设备,形成了完备的封隔器耐温模拟试验系统。经过试验验证,效果良好。     

高温高压尾管顶部封隔器研制

常规尾管顶部封隔器无法满足深井、超深井及海洋油气井的高温高压环境对尾管固井作业的需要。依据O形密封圈高温高压密封机理分析,完成了"金属+橡胶"式封隔器密封结构的研制。研究了硫化橡胶厚度、防退锁紧装置、膨胀锥角、坐封力及硫化工艺等关键技术与高温高压密封性能的关系,并优化了主要性能参数。通过对3种氟橡胶材料在高温下的力学性能研究,优选氟橡胶A作为封隔器橡胶密封材料。开发了井下工具的高温高压试验装置,并进行了地面性能评价试验。研究结果表明,高温高压尾管顶部封隔器在204℃下正反双向密封70 MPa,达到现场高温高压井的使用要求。     

温度对压缩式胶筒接触压力的影响研究

利用SB802热机综合疲劳试验机进行了硫化丁腈橡胶在不同温度条件下的力学性能试验,得到了橡胶材料的应力-应变关系曲线。通过有限元软件拟合了橡胶的Yeoh材料模型,构建了橡胶的本构关系公式,完成了压缩式胶筒的接触压力分析,得到了在不同温度下胶筒的应力分布云图以及接触压力沿轴向的分布规律。研究结果表明,当温度在不同范围内变化时,温度对胶筒接触压力的影响存在不规则性。该项研究结果可为压缩式胶筒的进一步研究提供理论基础。     

油田BaSO_4垢除垢技术研究进展

介绍了BaSO4垢防垢、除垢方法,即避免不配伍的水相混、使用化学剂、机械除垢、磁防垢和电子除垢等,还介绍了BaSO4防垢剂和阻垢剂的研究现状,最后指出了防垢剂的发展趋势。     

温度与压力对岩石物性和电性影响实验研究

由岩石高压物性实验和高温高压电性实验得知，岩石在高温高压条件下，其物性参数与电性参数都将发生较大变化。岩石孔隙度的减小量与压力有关，岩石受压后的渗透率除与孔隙度有关外，亦与所受压力大小有关。随温度的升高，m和n值降低；随压力的增大，m和n均增大。     

南海某高温高压井剪切破裂上限压力时变规律研究

成像测井显示南海某高温高压井钻进过程中高密度钻井液不仅导致井壁拉伸缝,还诱发井壁高角度梯形剪切缝。为此,通过分析井周应力和裂缝形状,根据不同的应力组合模式,建立了一套以莫尔-库伦准则为基础的剪切破裂压力计算模型。在此基础上,定量分析了拉伸破裂模型和剪切破裂模型计算所得破裂压力的大小,给定了两个模型的适用范围,并进一步分析了破裂压力随钻井循环时间的变化规律。分析认为,地层强度较小时,剪切破裂压力决定钻井液密度上限;地层强度较大时,拉伸破裂压力决定钻井液密度上限;随井周温度降低,两种破裂压力均降低,但是拉伸破裂降低得更快。     

高温高压深井用液压封隔器研制及试验

塔河油田在钻探井和评价井时,机械封隔器和国产常规液压封隔器难以满足高温、高压井的生产和录取地层资料的要求.国外生产的高性能封隔器的订货周期长,价格昂贵.因此有必要研制一种高温、高压、深井用液压封隔器.通过理论计算和现场应用分析,发现影响封隔器的耐温、耐压性能的关键点是胶筒和活塞外筒.在常规套管液压封隔器（MCHR封隔器）的基础上,加厚外芯轴和活塞外筒并引进高性能胶筒后,设计的新型封隔器可耐温204℃、耐压差69 MPa.室内性能评价试验合格后,现场应用8口井,成功率100％,可在酸压作业和常规完井中推广应用.     

Predicting on Distribution of Temperature,Pressure, Velocity,and Density of Gas Liquid Two-phase Transient Flow in High Temperature-High Pressure Wells

The authors present a predicting model concerning pressure, temperature, density, and velocity of gas liquid two-phase transient flow in high-temperature–high-pressure wells, according to mass, momentum, and energy balances. The finite difference method is used to solve the model. A high-temperature–high-pressure gas well (6,115 m deep) in Sichuan Province of China is used to check the efficiency of the proposed model and the algorithms.     

P—T封隔器在异常高压低渗透层渗漏原因初探

用P－T封隔器测试高压低渗透层易发生渗漏，取不到完整的地层资料，经对P－T封隔器进行井下受力分析，找出了封隔器发生渗透的原因，给出了确定发生渗漏时最高关井压力的教育处公式并验证了其正确性，提解决P－T封隔器渗漏问题的相关措施。