扩张式封隔器胶筒力学性能分析

为了适应海上油田大排量反洗井的要求,开发了液控扩张式封隔器可洗井分注技术。对扩张式封隔器胶筒材料进行了力学性能测试,并系统地进行了封隔器胶筒结构有限元分析技术的研究。研究结果表明,封隔器胶筒橡胶的应力-应变呈非线性关系,随着温度的升高,橡胶材料强度会变弱,在温度为65℃时橡胶材料强度达到最低,继续升高温度,橡胶材料强度又会增加;当封隔器处于内压20.0 MPa工作状态时,上、下胶筒座的应力水平最高,最大Mises应力为413.2 MPa;在胶筒中,外层胶筒两端应力水平最高,可达46.4 MPa,胶筒两侧应变能密度最大;封隔器处于工作状态时,其肩部变形最大,伴随着压力的增加,变形的趋势减缓,应变能密度与工作压力基本呈直线关系。所得结果可为扩张式封隔器的结构设计提供理论依据。     

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。     

扩张式封隔器胶筒参数优选

为了对扩张式封隔器结构参数进行优选,利用有限元分析技术分析了胶筒工作长度、厚度、肩部形状和钢丝帘线排布方式等对胶筒受力和变形规律的影响。建模时把钢丝帘线层视为均匀的连续体,假设橡胶材料的力学性能不随温度发生变化,定义了5条路径,分别用于显示封隔器肩部和胶筒实体部分的应力曲线。分析结果表明,当扩张式封隔器胶筒启封工作压力为0.5MPa,内压达到10.0 MPa以上时密封接触长度达到最大;在一定范围内胶筒长度对其工作性能基本没有影响,但长度过短会使密封性能减弱;建议胶筒外径小于封隔器刚体最大外径1～2 mm。     

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。     

非线性有限元混合法分析油井封隔器胶筒

油井封隔器胶筒是由橡胶类材料制成的。橡胶类材料构件的几何形态和材料性能都是非线性的,材料的非线性关系一般用三个变形张量不变量表述。本文基于势能驻值原理,采用整体Lagrange法,建立适用于橡胶类材料的大位移和大应变的增量形式的非线性有限元混合法的计算列式。用四结点四边形等参数环元,对受均匀内压无限大厚壁圆筒进行计算,其结果与精确解符合很好,表明这种方法是有效和可靠的。油井封隔器胶筒的位移、应力和接触压力的计算结果表明:(1)胶筒外壁的上角部位有被挤上翘的趋势,(2)胶筒内的应力基本上是受压的,(3)胶筒的内外壁都有一定的接触压力,计算方法为合理设计封隔器胶筒提供了理论基础。     

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。     

扩张式封隔器胶筒偏心距自动测量装置

1．引言 扩张式封隔器是用来封隔油、套环形空间，进行分层注采的井下工具。扩张式胶筒是扩张式封隔器的重要组成部分，扩张式胶筒的优劣直接影响扩张式封隔器的应用效果，而偏心距是检验扩张式胶筒的一项重要指标。本装置正是为了准确测量扩张式胶筒偏心距而开发设计的。其设计要求：准确测量不同型号的扩张式胶筒的偏心距。     

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。     

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。     

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。     

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。     

遇油膨胀封隔器胶筒密封性能有限元分析

胶筒的密封性能直接制约着封隔器的工作性能,对胶筒密封性能研究的关键就是研究胶筒与井壁之间的最大接触压力。为此,建立了遇油膨胀封隔器的计算模型,采用有限元软件对遇油膨胀封隔器在井下的密封性能进行研究,分析了胶筒长度和坐封环境温度对胶筒与井壁之间接触压力的影响。研究结果表明,随着胶筒长度的增加,胶筒与井壁之间的最大接触压力增加,但当胶筒长度增加到3.0 m后接触压力增加变缓;随着坐封环境温度的升高,胶筒与井壁之间的最大接触压力减小,且减小幅度较大。在塔河油田的应用结果表明,当遇油膨胀封隔器两端压力不高于90.00 MPa时,胶筒长度为3.0 m的遇油膨胀封隔器能够满足封隔地层要求,封隔器胶筒应力也低于橡胶材料的破坏极限。     

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。     

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。     

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。     

封隔器胶筒结构适用性分析

胶筒作为油气开发井下封隔器的重要组成,承担着密封作用,其结构对密封影响较大,同时材料和保护机构也对胶筒作用效果有一定的影响。本文阐述了一体式胶筒和组合式胶筒的结构特点,针对不同的应用环境选择合适的胶筒结构。     

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.     

压缩式封隔器胶筒设计思路浅谈

随着钻采工艺不断向高温、高压和复杂深部地层方面的发展,油气井开采的工况条件也越来越复杂,这对于井下作业中的关键工具—封隔器提出了更高的要求。而封隔器工作的好坏,密封是关键,因此胶筒则成为封隔器密封的核心。封隔器胶筒设计是否合理、有效直接影响到井下作业技术上和经济上的可行性。主要从压缩式封隔器胶筒的选材、结构设计、工作环境等几个方面综合考虑,简单论述对于压缩式封隔器胶筒的设计思路和优化方法,并对参数的选择提供相关设计依据。     

压缩式封隔器胶筒耐温耐压浅析

随着井深的增加,以往的封隔器胶筒已远不能满足深井和超深井酸化、压裂和堵水等施工工艺的需要。根据胶筒的设计原理、受力状态及力学特征,并结合室内试验数据,分析了影响压缩式胶筒工作性能的最重要的两个指标———工作温度和工作压差,指出胶筒的耐温性能与材质密切相关,可根据使用工况和工作温度来选用不同的橡胶;胶筒的耐压性能除受材质本身的影响外,还受胶筒结构尺寸、胶筒座外径和肩保等的影响。建议采用扩大胶筒座和胶筒外径及加肩保的方法来提高胶筒的耐压性能。     

膨胀式长胶筒封隔器及其应用

膨胀式长胶筒封隔器是一种重要的完井工具,其特点膨胀比大,可用水泥膨胀,也可用钻井液或水膨胀,可多级连用实现多层段分段卡封。在胜利油田钻井、完井中得到了较好的应用。文中介绍了膨胀式长胶筒封隔器的结构、工作原理及用于钻井、完井的应用情况。