管内高压智能封堵器设计

国外管内高压智能封堵技术已经成功地应用于陆地及海底油气管道的维修,而我国在该领域的研究刚刚起步。详细介绍了管内高压智能封堵器几个主要部件——封隔圈、锁定滑块、挤压碗、承压头、执行器盘及液压缸的设计原理,阐述了管内高压智能封堵器的工作过程。期望为突破国外技术封锁、研制具有自主知识产权的管内高压智能封堵器奠定技术基础。     

管内封堵器胶筒硬度对其自密封特性影响研究

管内封堵技术逐渐成为管道维抢修作业的主要应用技术,而封堵器胶筒的参数设计准则及自密封性能是胶筒设计的关键因素。通过有限元模拟方法,研究了胶筒在密封过程中的自密封特性,分析了不同胶筒硬度对其自密封性能的影响。结果表明:胶筒在密封过程中只需提供一定的轴向力,使其达到自密封条件,就可以使其完成管内封堵; 随着胶筒硬度的增大,胶筒形成自密封的条件越困难,所需轴向力越大。研究内容不但对管内封堵胶筒的设计具有一定的指导作用,而且为管内可靠封堵提供了保障。     

基于ABAQUS的管内密封胶筒性能参数优化

管内智能封堵技术已成为管道事故应急维抢修的重要技术手段之一,而封堵胶筒的密封性能是评价管内智能封堵能力的决定性因素.应用ABAQUS有限元分析软件,结合单因素与多因素耦合分析方法,分析各参数对胶筒密封性能的影响特性,进而实现密封胶筒的参数优化,使得胶筒在相同的驱动力作用下,达到最优的密封效果,即封堵压力最大.首先,通过...     

纳米磁性流体密封性能与磁极参数关系的研究

为了解决磁性流体密封的实际应用问题,必须解决密封磁极结构参数与密封性能的关系。在纳米磁性流体密封性能研究领域引入回归正交设计分析,用经过实验验证的有限元模拟计算代替实验,采用5因子二次回归正交组合设计确定计算实验点,回归得到轴径50mm的纳米磁性流体密封的磁极结构参数与密封压差的回归公式,并对回归公式进行简化,得到各结构参数对密封性能的影响和最优值。     

管内智能封堵器端面结构优化

为使管内智能封堵器在管内更加平稳地运行,对原封堵器外形进行了改进,增加了曲形端面结构,并对改进模型进行了数值模拟计算,分析其流场分布规律,结果发现曲形端面结构对流场有一定改善作用。借助正交试验法设计试验方案,模拟结果显示各组试验模型压力梯度分布有明显差异,证明端面参数对流场稳定性影响较大,同时建立端面参数与流场压力梯度绝对平均值之间的数学模型。采用序列二次规划算法对数学模型进行优化,得到最优参数组合并通过模拟验证,优化模型相比初始模型有效降低了响应量数值,其绝对平均值降低约15%。研究结果对封堵器结构外形的设计优化具有指导意义。     

基于蒙特卡罗算法的管内智能封堵器减振结构优化设计

管内智能封堵器在管道维抢修作业中发挥着重要的作用。但在封堵过程中,封堵器周围流场会发生剧烈变化,产生较大的压力脉动,导致封堵器能量损失严重,引起自身的振动,无法保证封堵过程的稳定,甚至造成封堵作业失败。在管内智能封堵器尾部结构设计了三块可折叠扰流板,通过对改进模型的数值模拟,发现扰流板的面积和翻转的角度对管内流场压力脉动存在较大影响。利用CCD中心试验法设计试验方案,并进行模拟分析,以封堵前后的压力差作为衡量管内流场环境的优化指标,根据响应面法得出封堵前后压力差与扰流板角度、面积之间的映射关系。采用强化学习中的蒙特卡罗算法对该映射关系进行优化设计,获得前后压力差最小时的扰流板参数。数值模拟结果表明,通过蒙特卡罗算法优化的模型相比于原始模型管内流场有较大的改善,封堵前后的压力差明显降低,管内流场的最大压力和湍动能也显著下降,有利于减少封堵器的能量损失,缓解封堵过程中的振动,保证封堵作业平稳进行。     

压差激活密封剂的微缺陷自适应修复行为及机理

压差激活密封剂是一种适用于油气井管柱微泄漏快速、安全修复的新技术,目前关于该体系的应用及理论研究报道较少。采用室内实验、结构表征、理论分析及数值模拟相结合的方法,开展了压差激活密封剂制备、微形貌检测、密封性能评价、压差激活机理分析、自适应密封动力学模拟等方面的应用基础研究。研究结果显示:制备的压差激活密封剂是一种多分散相体系,分散相为水化胶粒,具有微米级层状体型结构,是确保压差激活密封性能的关键组分;在5～15 MPa压差范围内,密封剂能够在150 s内穿透丝扣滑脱及漏缝孔隙形成韧性固体屏障,有效封堵不同类型微缺陷;基于水化胶粒的分子形态与稳定性间关系,提出了压差激活密封流体的液-固转化构效假设,建立了漏点压差的自适应密封力学-化学耦合模型;分析了复合液滴在环境液体压差下的受力状态,采用LES-VOF方法模拟了复合液滴在环境液体射流场的变形与破碎动力学行为,研究了水化胶粒的去水化动态演化过程,表层水化膜的射流变形显著大于胶核,可发生振荡破裂使胶核活化聚结,进而充填固化封堵微缺陷。模拟结果与理论分析基本一致,为进一步研究压差激活密封剂提供了理论支持。     

锯齿形径向迷宫密封的实验研究

锯齿形径向轴对称多齿迷宫密封的结构与常规密封不同 ,其迷宫空腔较小 ,而节流间隙则相对较大 ,所以利用射流偏转适当放宽对节流间隙近乎苛刻的尺寸要求 ,并不降低迷宫密封的密封效果。对锯齿形径向轴对称多齿迷宫密封中空腔深度Τ为 3mm和 2mm密封进行了模型实验研究 ,得到了锯齿形径向迷宫密封在不同入口压力下的泄漏特性和齿啮合长度对密封性能的影响曲线 ,确定了最佳的齿啮合长度为τ/T =1/ 6,这些结果与数值计算结果吻合较好 ,证明了数值模拟的正确性。同时对两种结构尺寸的锯齿形径向迷宫密封实验结果做了比较 ,发现Τ =2mm的迷宫密封的密封性能比T =3mm的迷宫密封好。     

高压大直径深水模拟试验舱自适应密封设计与分析

为解决海洋深水高压模拟试验舱在大直径(2 500 mm)、高压(40 MPa)下的密封问题,基于双筒式结构受内压后内外层变形协调机理,设计了一种新型自适应膨胀式密封装置。根据推导的自适应膨胀式密封的径向补偿间隙理论计算公式,确定了既定密封圈厚度、高压舱舱体与膨胀圈的主体尺寸以及初始径向间隙值,在此基础上开展了高压大直径深水模拟试验舱自封式密封效果数值模拟与密封性能试验检测,结果表明所设计的自适应膨胀式密封装置能满足额定工作压力下高压舱的径向密封与端面密封要求,采用自适应膨胀密封设计的高压大直径深水模拟试验舱能够满足最高52.5 MPa试验压力下的密封要求。     

膨胀套管接头柱面密封结构密封性能分析

为了研究影响膨胀套管接头柱面密封结构密封性能的因素,采用有限元显示动力学分析方法,对构建的膨胀套管接头柱面密封结构的膨胀过程进行有限元仿真和分析,得到了无载荷工况、内压和金属密封面初始间隙对套管接头密封性能的影响规律。结果表明：在无载荷工况下,套管接头膨胀后金属密封面间接触力为零,不具备密封性能;在0～30 MPa范围内,施加的压力越大,膨胀后金属密封面间的接触力越大,密封性能越高;金属密封面初始间隙对套管接头的密封性能影响最大,当金属密封面初始间隙在0.1～0.4 mm范围内减小时,套管膨胀后密封面上的接触力逐渐增大,柱面密封结构的密封性能逐渐提高。分析结果可为膨胀套管接头密封性能优化设计提供参考。     

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。     

管内智能封堵器减振结构设计及优化

管内智能封堵器在封堵过程中其周围流场会发生变化,管内流量和压力变化剧烈,使封堵器尾流场出现漩涡,产生涡激振动现象,对封堵器造成冲击,无法保证封堵的稳定性,进而对封堵效果造成影响。鉴于此,对封堵器封堵时振动剧烈的问题进行了研究,在原有封堵器结构上做了一定的改进。考虑到封堵器尾部流场变化较为剧烈,在封堵器尾部加入三块可折叠扰流板,以降低管内涡量和压力,缓解封堵器的振动。采用响应面法设计试验方案,利用Fluent软件计算不同角度和面积下涡量和压力的大小,证明了扰流板的角度和面积对管内流场有较大的影响,从而影响封堵器的减振效果。对得到的试验数据进行分析,建立了扰流板角度和面积与封堵器尾部涡量和压力平均值的关系,得到最优参数进行了数值模拟。优化模型压力与涡量的平均值和最大值都比原始模型小,说明该优化设计方法有利于封堵器的减振。     

可取式液压封隔器耐高温胶筒优选与试验研究

近年来随着高温高压勘探开发技术的发展,西部油田井深逐渐增加,储层温度达到184～207℃,地层压力80～125 MPa,对井下工具的密封性能提出了更高的要求。胶筒元件作为井下封隔器实现井下封隔功能的核心部件,其性能的好坏直接影响井下工具的密封性能及工艺的成败。为此,对油田用高温高压密封材料及胶筒结构进行调研,优选出3款常用且性能指标较高的Ф193. 7 mm胶筒组件,根据要求对其结构及参数进行优化后,加工出3款胶筒样品;在模拟试验井筒内,分别对这3款封隔器胶筒进行高温条件下承压性能试验。试验结果表明:MESH双凹槽胶筒在耐温204℃条件下,长期耐压能够达到105 MPa,可以为后期研制性能达到105 MPa/204℃可取式封隔器提供密封胶筒。研究结果可为提高高温高压井开发效率提供技术支持。     

海底管道微小泄漏球形内检测器结构设计

针对海底管道微小泄漏检测,提出球形内检测器结构设计方案:法兰式密封球壳内装载水听器、惯导模块和磁传感器、电路板、电源模块等。智能球随管内液体一起流动,沿途采集管内泄漏声音信息、自身运动信息和管内磁场信息。不同的智能球,其内部核心部分不变,变化的是球的壁厚和外径。通过仿真计算确定了不同工况下智能球的机械结构。     

油田井下封隔器密封性能影响因素研究

国内现场应用的各类液压封隔器大都是针对液体密封研制的,不具有密封高压气体的能力。为满足CO₂驱安全注气技术需求,开展了封隔器胶筒密封原理实验研究,指出了影响封隔器密封性能的关键因素,揭示了胶筒受力与坐封距的动态变化规律,发现并阐释了封隔器胶筒在高压差注气条件下的“气爆”现象,为新型注气封隔器的设计提供了理论依据。所研制的高压气密封封隔器实现了35 MPa可靠密封,在现场推广应用。     

纳米磁性流体密封性能的有限元分析

密封能力的确定是纳米磁性流体密封在工业应用中首先要解决的问题。针对这一问题,简要分析了影响磁性流体密封性能的磁极结构参数,在正交试验分析的基础上,确定了3个轴径共计96个有限元磁极模型,然后采用有限元方法进行数值计算,得出各个模型的密封压差。通过显著性分析和回归分析,得出计算密封压差的回归公式,并经过实验验证了有限元结果的正确性和回归公式的可靠性。     

井下防喷器坐封过程及密封性能分析

井下防喷器可直接从溢流源头坐封,可有效防止井喷的发生.为了研究井下防喷器的坐封过程及密封性能,利用ABAQUS软件建立了井下防喷器有限元模型,首先对实际工况下防喷器的坐封过程进行分析,然后在防喷器坐封过程模拟结果上开展密封性能分析.分析结果表明:胶筒在内外压差作用下与套管发生挤压作用,使得井下防喷器在坐封后最大Mise...     

封面

为研究含划痕缺陷管道在冲击载荷作用下的动力响应行为,采用显示动力学分析方法,建立含划痕缺陷埋地管道三维三重非线性动力学分析模型,探讨管内流体压力、落物冲击能、划痕缺陷深度对峰值时刻管道动力响应行为的影响规律。结果表明:在落物的冲击作用下,划痕尖端应力集中现象明显,管道极易首先从该位置处发生失效。当落物冲击能为100 kN·m时,管内流体压力由0.5 MPa增至0.8 MPa,管道等效应力由38.2 MPa降至31.5 MPa,管道变形由4.3 mm降至4.1 mm,流体压力一定程度上可以保护受冲击管道;当管内流体压力为0.6 MPa时,落物冲击能由50 kN·m增至240 kN·m,管道等效应力由26.4 MPa增至61.6 MPa,变形由2.6 mm增至6.7 mm;当落物冲击能为100 kN·m时,管道划痕深度由3 mm增至4.5 mm,管道等效应力由35.8 MPa增至39.1 MPa,而变形基本无变化。该项研究相关分析方法以期为冲击致“划痕+凹陷”复合缺陷管道的失效分析提供理论指导。     

RX361-210型热敏封隔器的研制与试验

海上油田热采井多为?224.5 mm水平井,井身结构复杂,作业环境苛刻,目前主要采用的井筒隔热方式相对单一。卡瓦式封隔器结构比较复杂,在解封过程中如果操作不当,可造成卡瓦断裂或落井,甚至引起卡井事故。为此,研制了RX361-210型热敏封隔器。该封隔器依靠热胀剂受热膨胀实现坐封,采用组合密封件以及锁紧装置增强密封性能,利用密封件随着温度的降低收缩,上提管柱实现解封。利用模拟试验井系统开展了室内试验。试验结果表明:封隔器坐封温度200℃,耐温350℃,耐压21 MPa,解封力25~35 kN,可多次坐封,且密封性能不受温度交变的影响。该封隔器坐封灵敏,解封安全,密封性能良好,在海上稠油热采方面具有良好的推广应用前景。     

水平井分段压裂裸眼封隔器的研制与应用

封隔器是水平井裸眼分段压裂完井管串中的关键部件,其性能好坏决定压裂施工的成败。研制了Ф114型高性能压缩式裸眼封隔器。对防突机构及整机密封性能进行了室内试验评价,在井径不大于170mm时,可密封环空70 MPa。现场应用表明:所设计的封隔器具有结构简单紧凑、密封可靠、承压高、适应井径范围广等特点,满足了水平井裸眼分段压裂施工的要求。