压裂封隔器密封系统流体穿透仿真研究

当压裂封隔器坐封成功后,胶筒与井壁表面仍存在微小泄漏间隙,原油、天然气、钻井液等介质在足够大的压差下会穿过间隙形成泄漏,导致封隔器的密封失效。为了从动态的角度研究封隔器胶筒密封失效的本质,建立封隔器流体穿透模型,通过高温下橡胶试样单轴拉伸试验数据与Mooney-Rivlin本构模型进行拟合,获得准确的橡胶超弹性本构模型参数。采用浸入边界法,模拟高压流体穿透封隔器导致封隔器密封失效的整个过程,并通过高温高压胶筒泄漏试验来验证该过程的正确性与准确性。仿真结果表明:封隔器胶筒失效的原因在于过高压力的流体穿透了胶筒与井壁(或套管壁)的接触面,形成了泄漏通道;当第一个密封胶筒失效时,泄漏临界液压值为77. 70 MPa,而高温高压试验井中测得的封隔器胶筒泄漏临界液压值为82. 39 MPa,试验与仿真之间误差值不超过10%,证明了模拟的流体穿透封隔器过程是准确的。     

CO2注入井封隔器早期密封失效机制研究

为了揭示CO_2注入井中性能优良的氢化丁腈橡胶封隔器早期密封失效的机制,根据失效井的特征分析以及CO_2的相态特点,提出实现恒定泄压速度的室内实验方法,并对不同CO_2泄压速度下橡胶表面进行形貌观测和力学性能测试分析。结果表明:随着泄压速度的增加,橡胶表面出现了小气泡、大气泡甚至气泡破裂等龟裂现象,橡胶的密封性能均明显变差;注气井突然泄压时,橡胶内部的气体在短时间内无法渗出,其在内外压差作用下会膨胀形成气泡甚至爆裂,这是造成CO_2注入井封隔器早期密封失效的主要原因。为了防止封隔器的早期密封失效,推荐现场井口泄压速度控制在5 MPa/h以内。     

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。     

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。     

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。     

梯形隔环和槽形胶筒组合式封隔器密封结构的优化设计

为了提高封隔器的密封性能,设计一种沿径向对称的梯形隔环和槽形胶筒组构成的新型密封结构,运用有限元分析方法模拟封隔器的工作状况,分析梯形隔环结构特性参数对封隔器密封性能影响,获得不同梯形隔环结构参数下封隔器胶筒组与套管壁间接触应力分布规律,并对新型密封结构进行优化。结果表明:新型密封结构选择梯形隔环中心线距离隔环端面距离10 mm、梯形隔环下底高9 mm、梯形隔环上底高8 mm,梯形隔环高度9 mm的特性参数时,其最大接触应力比常规密封结构提高了约84%。新型密封结构的胶筒组与套管壁的接触应力比常规封隔器有显著提高,提高封隔器的密封性能。     

封隔器的密封性评判及相关结构设计探讨

封隔器是油田钻井采油工艺中重要的井下工具之一,封隔器的密封就显得格外重要,我们要在理论分析的基础上,提出封隔器密封、地层完整性和封隔器胶筒安全性能等各种因素对封隔器密封性的判断,利用数值模拟的方法,基于封隔器密封性判断来设计封隔器结构。     

防误坐挂爪套式裸眼封隔器的设计

封隔器在完井作业中发挥着重要作用。本文设计出一种爪套式封隔器,其具有坐挂安全可靠、避免封隔器提前坐挂、有效进行层间密封以及密封可靠等特点。该封隔器既可应用于套管内环空密封,又能实现裸眼井段的环空密封,实现井下完井作业的有效进行。     

Y341-95K可洗井封隔器的研制与应用

介绍了Y341—95K小直径可洗井封隔器的结构特点、工作原理及主要技术参数。通过室内试验和现场试验验证此种封隔器完全适合于套变小通径井(内通径大于φ100mm)的分层注水。封隔器层段密封率≥90％，洗井后重复密封率≥80％，洗井排量达20～25m^3／h。     

封隔器的密封性判据及结构设计方法研究

在理论分析基础上,提出封隔器密封性的评判准则,建立考虑封隔器封隔性、地层完整性和封隔器胶筒安全性等综合因素的封隔器密封性判据,提出基于封隔器密封性判据的封隔器结构设计方法。该方法可以利用数值模拟的方法实现对封隔器胶筒的结构设计,可适用于不同类型的封隔器的设计,为现场封隔器的密封性判断以及封隔器的结构设计提供了理论依据。     

基于Ansys的封隔器密封胶筒性能优化

封隔器密封胶筒在井下实际应用中力学特性复杂,同时需要承受高温高压饱和水蒸汽的强腐蚀作用,故对胶筒材料性能的要求异常苛刻。为改善密封胶筒的结构稳定性及高温高压水耐腐性,以密封胶筒为研究对象开展有限元仿真分析,通过胶筒结构参数、界面摩擦性能和材料特性等因素对其力学特性及密封性能影响规律的比较,提出软硬质材料多层堆叠及环端面金属包覆结构以实现性能优化。仿真结果表明,优化后的结构改善了密封胶筒肩部的挤出现象,增大了接触区域的密封效果,同时阻挡了高温高压水对胶筒的腐蚀。     

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。     

热轧连铸机夹送辊密封失效原因分析及改进

对珠钢CSP连铸机夹送辊密封失效的原因进行了分析．并提出了合理的解决方法和改进措施。     

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。     

封隔器胶筒的非正态分布变量对其可靠性灵敏度的影响

针对工程实际中涉及非正态分布变量的封隔器胶筒密封不可靠问题,建立胶筒力学可靠性模型,提出Edgeworth级数和四阶矩的机械可靠性灵敏度数值分析方法;对密封胶筒力学模型的随机变量进行可靠性灵敏度对比分析,得出结构参数对封隔器胶筒可靠性的影响规律。结果表明:服从正态分布的几何尺寸比非正态分布的工作压差、密封载荷对封隔器胶筒可靠性的影响更显著,而非正态随机变量中,工作压差对胶筒密封可靠性的影响大于密封载荷的影响;随机方差灵敏度的增加,都会使胶筒趋向不可靠,但不同结构变量方差灵敏度的变化对胶筒密封可靠性的影响不尽相同。通过实例胶筒的可靠性灵敏度设计计算,验证该方法的有效性和准确性,工程应用中该方法可作为封隔器胶筒结构参数定量设计和可靠性设计的依据。     

水下设备密封胶筒截面形状的响应面优化

胶筒的密封性能对于封隔器等水下设备来说极为重要,而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。一般来说,胶筒的上端与下端受到的约束条件并不相同,并且在密封性能方面,胶筒上端接触压力更大,且胶筒的各个结构参数相互影响。因此建立综合考虑胶筒上端厚度与倒角角度的二维数值模型,以外筒内侧受到的应力为优化目标,引入防肩突变量作为防止肩突发生的约束条件,利用响应面优化方法结合多目标遗传算法,对胶筒的端面厚度和角度进行优化。结果表明：在有限元仿真中,防肩突变量可有效地反映出胶筒在挤压过程中是否出现的肩突情况;在优化过程中加入防肩突变量进行约束,可避免得到产生肩突的胶筒结构参数值。优化得到了胶筒上端厚度比下端厚度大的胶筒截面结构,其密封性能比传统的胶筒截面结构更有优势。提出的不对称胶筒截面形状对类似密封件的研究有重要的理论意义。     

遇油膨胀封隔器的封隔性能研究

基于封隔器的密封性判据和结构设计方法,在对遇油膨胀封隔器的吸油膨胀进行热膨胀描述的基础上,通过ANSYS有限元计算遇油膨胀封隔器在井下的接触压力,建立封隔器封隔性能分别与胶筒长度、厚度关系的计算模型。结果表明,遇油膨胀橡胶的热膨胀与吸油膨胀相一致,通过膨胀橡胶的热膨胀分析可以合理描述出膨胀橡胶吸油膨胀后的状态。有限元分析表明,随着胶筒长度和过盈厚度的增大,封隔器的封隔性能都呈指数规律增大。     

压裂酸化封隔器胶筒结构密封性能分析与优化

封隔器是压裂酸化过程中的重要工具之一,而胶筒是封隔器的核心零部件,胶筒的好坏直接决定了封隔器的工作性能。针对压裂酸化用某Y344型封隔器利用有限元技术开展密封结构性能分析与优化研究,获得了胶筒对套管的接触压力分布规律,考虑接触压力与面积两个因素建立了结构密封性能评价方法,分析了胶筒长度与组数变化对密封性能的影响,为封隔器产品开发与使用提供了理论基础。