Y422—114型双向卡瓦封隔器的研制及应用

针对中原油田油藏地质复杂、埋藏深、地层温度高,采用常规封隔器效果很不理想,引进国外封隔器价格昂贵和难以推广的问题,研制了Y422—114型双向卡瓦封隔器。该封隔器由坐解封机构、封隔部件、双向锚定以及支撑换向等部分组成,采用双向卡瓦双向锚定,坐封后工作状态锚定可靠。与常规封隔器相比,增加了辅助解封机构,坐封、解封等工艺采用旋转管柱、下压或上提活动的操作方式;销钉轨道设计为外置式轨道,使封隔器内通径增大。应用表明,该封隔器操作简单,坐封、解封灵活可靠,适合于深井和高温、高压等油水井作业。     

封隔器卡瓦咬合过程受力模拟研究

文章采用云纹法物理模拟技术和有限元法数值模拟技术相结合的方法,对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律,发现了卡瓦各齿受力不均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响.上述研究结果为改善卡瓦结构、提高工作可靠性提供了实验基础和理论依据.     

封隔器卡瓦损伤套管的模拟试验研究

在油田开发中封隔器是实施机械采油、分层注水、分层压裂或酸化、机械卡堵水等注采工艺作业的主要井下工具之一,封隔器上的卡瓦是保证工作可靠性的重要元件,把卡瓦安装在模拟试验装置中,通过在套管壁周围分布位移传感器,测得卡瓦锚定后加入套管壁深度,判断卡瓦对套管的损伤程度,这对封隔器的设计和现场使用具有十分重要的意义。     

ZYT441—114桶式卡瓦封隔器的研制

常规卡瓦封隔器由于采用粗牙分瓣式卡瓦结构 ,对套管的伤害较大。为此 ,研制了ZYT441— 1 1 4桶式卡瓦封隔器 ,其特点是采用独特的细牙、整体双向卡瓦锚定结构 ,使卡瓦沿套管内壁周向全接触 ,增加了卡瓦与套管内壁的接触面积 ,减小了卡瓦牙对套管内壁的嵌入深度 ,改善了套管的周向应力分布状态 ,大大降低了卡瓦对套管的伤害。室内及现场试验表明 ,该封隔器对套管的伤害较小 ,同时具有坐、解封灵活可靠 ,耐高温、高压等优点。     

Y411—115型可取式双卡瓦封隔器

针对封隔器承压能力与解封力之间的矛盾而研制的Ｙ４１１—１１５型可取式双卡瓦封隔器,主要由坐封、解封和密封三大机构组成,靠机械坐封和解封,并设有液体平衡通道、应急释放装置及独特的自锁机构,使得封隔器解封力与承压能力无关,具有防中途坐封、解封可靠、可重复坐封和解封、承受上下压差能力高和操作简单等特点。这种封隔器应用于气举完井、负压射孔、机械卡堵水和分（选）层酸化等工艺管柱中,可避免油管产生螺旋弯曲,提高气举投捞作业的成功率和气举效率,并可减缓抽油杆与油管偏磨,还可降低作业难度和作业成本,提高起下管柱成功率和管柱寿命。     

水平井封隔器卡瓦的有限元分析及结构改进

在石油钻采中,封隔器卡瓦承受巨大压力易发生断裂,直接影响到封隔器的密封性能,从而影响油井的开采过程及生产安全。运用有限元分析软件ANSYS Workbench对卡瓦进行有限元数值模拟分析。施加140 kN载荷时,卡瓦最大应力为230.11 MPa,超过其材料的最大抗压强度;对卡瓦封隔器试验模型进行压裂试验,试验施加压力为186.33 kN时卡瓦发生断裂,测得抗压强度为233 MPa;对卡瓦进行结构设计,卡瓦牙间距尺寸分别为15 mm、25 mm和30 mm。根据有限元分析结果,卡瓦牙间距为30 mm时卡瓦应力、应变分布趋于均匀,所承受的最大载荷为240 kN,最大应力为230.66 MPa、最大变形量为0.058 mm,证明此卡瓦结构尺寸较为合理。     

UPP-9型笼式卡瓦高温高压完井封隔器研制

提出的卡瓦结构设计方法涵盖材料评估与选择、卡瓦组件结构优化、卡瓦结构参数优化、卡瓦测试验证等流程。应用该方法设计了可以控制启动载荷的上、下笼式卡瓦组件结构。结合ANSYS有限元分析、样机测试等方法,对所设计的笼式卡瓦组件进行优化设计与试验验证。对带有防挤出护肩的2种胶筒密封组件的试验研究表明,带隔环的三胶筒结构更为优异。在此基础上,研制了高温高压液压坐封永久式封隔器,额定工作压力68.94 MPa(10 000 psi),额定工作温度204.4℃(400℉)。测试结果表明,所研制的封隔器符合API SPEC 11D1标准V0级测试要求。     

Y441B型双向锚定封隔器结构分析

Y441B型双向锚定封隔器是一种单卡瓦及锥体锚定式封隔器，它利用液压坐封、提放管柱解封。由于设计有坐封平衡机构，解决了因下接头与和心管分开、受力不平衡而造成在坐封的同时自动解封的问题。此外，设计有承压平衡室，改善了工作时的受力状态；采用单面螺纹步进锁紧机构，提高了封隔器坐封和密封的可靠性。因采用单卡瓦双锥体锚定方式，解决了下锥体用主动机械力脱卡的技术难题。     

封隔器仿生鳞片齿卡瓦微牙痕及稳定性研究

传统封隔器卡瓦在长期锚定套管内壁时,卡瓦牙与套管接触面会形成咬痕,过大的咬入深度可能会导致套管内壁遭到破坏,甚至失效。通过建立常规齿和仿生鳞片齿卡瓦牙与弹性套管半空间体接触模型,推导出在弹性区域和塑性区域内卡瓦牙与套管相互作用力和压入深度的关系。并且对比常规齿卡瓦牙型结构参数,构建了仿生鳞片齿卡瓦牙型结构参数,建立了锥体-卡瓦-套管三维接触有限元模型,采用有限元数值模拟和正交优化相结合的方法得出仿生鳞片齿卡瓦最佳牙型结构参数为：卡瓦牙倾角β′=90°、卡瓦锥角γ′=15°、卡瓦牙顶角α′=72°、鳞片齿长半轴R=5 mm、鳞片齿短半轴r=3 mm。研究结果表明：优化后的仿生鳞片齿卡瓦比优化后的常规齿卡瓦在套管内表面产生的应力减小了7.8%,牙痕深度减小了18.6%,证明了仿生鳞片齿卡瓦的微牙痕效果。由数值模拟得出不同摩擦因数下常规齿卡瓦和仿生鳞片齿卡瓦与套管接触压力的合力随时间变化曲线,摩擦应力的合力随时间变化曲线和接触面积随时间变化曲线,从曲线可以看出仿生鳞片齿卡瓦的稳定性比常规齿卡瓦更优。研究结果可为封隔器的研究与应用提供参考。     

微牙痕卡瓦在封隔器中的应用研究

封隔器的锚定机构在结构形式及卡瓦锚定能力方面存在不足,特别是卡瓦工作过程中会对套管表面造成较大损伤,不仅影响封隔器的工作性能,而且导致了套损井段在油井二次作业中无法进行二次封隔。鉴于此,分析了卡瓦锥面锥角、卡瓦包角、卡瓦牙数量和牙型角等影响卡瓦牙痕的重要几何参数,通过数值模拟得到封隔器卡瓦牙与套管接触应力的变化趋势,即:当卡瓦牙为4牙时对应区域的应力最大,对套管内壁的损伤也最大;卡瓦牙为5牙和7牙时应力分布曲线呈下降趋势;通过扩大每个牙顶的外径,可以使各牙及套管周边的应力分布均匀,同时使卡瓦稳定性增强,减少其对套管的损伤;减小锥面锲形角可以使椎体对卡瓦的作用力后移,有助于使各个齿受力均匀。研究结果可为卡瓦的结构修改及优化设计提供参考。     

卡瓦式封隔器在井下的受力分析

本文应用静力等效的方法,对卡瓦式封隔器坐封后,套管的双向应力(环向弯曲应力和轴向弯曲应力)进行了计算,分析了套管内外压差对会管强度的影响,找出了闭式热水循环井套管损坏的原因,并提出预防套管损坏的措施和建议。     

JDY441可取式卡瓦封隔器的研制与应用

为了解决可取式卡瓦封隔器存在的锚定和解卡不可靠问题,通过改进、优化封隔器锚定机构和解卡机构,研制了JDY441可取式卡瓦封隔器。该封隔器由防撞部分、坐封部分、锁紧部分、密封部分、锚定部分及解封部分组成,采用多级液压缸坐封、双向卡瓦锚定,封隔器密封、锚定安全可靠。室内试验和现场应用结果表明,封隔器的工作压力达到35 MPa,工作温度为135℃,解封力为96 kN。     

Y422—117可取式封隔器的结构及应用

大港油田从美国引进的Ｇ６封隔器命名为Ｙ４２２—１１７封隔器,采用双向卡瓦固定,旋转坐封,旋转解封。在受拉或受压状态下均可坐封,且保持其密封性;其机械锁定装置能承受来自封隔器上下方的压差,并使用３种不同的卡瓦,使封隔器解封顺利。文中分析了Ｙ４２２—１１７封隔器的结构特点,工作原理和技术特征,１９９８年３月～７月分别在大港油田的马西、板桥的港深７—４、板８２８—４高压注水井应用,解决了Ｙ２１１或Ｙ２２１及Ｙ３４１封隔器不适应深斜井,封隔器密封性差的问题。     

整体式卡瓦牙型结构优化及试验研究

整体式卡瓦牙型结构若设计不合理会直接影响封隔器的坐封力和锚定效果。以适用于177.8 mm套管的整体式卡瓦为例进行研究,采用ANSYS软件建立模型,利用应力瞬态特性分析方法,对不同参数下的牙齿倾角α、牙齿角度β、牙齿间宽度d和卡瓦锥角γ进行应力分析。在相同的边界条件下,根据不同牙型参数下的应力值,综合分析得出α=70°、β=75°、d=70 mm、γ=13°时,卡瓦载荷分布均匀,无应力集中现象,为最合理的牙型参数。试验结果表明,在150℃的条件下,密封压力64.5 MPa时,整体式卡瓦有效开裂,均匀咬合套管内壁且锚定力满足工作要求。     

基于正交试验法的高温封隔器镶齿卡瓦优化

高温高压深井、超深井井下工况恶劣,对封隔器等井下工具性能提出了更为严格的要求。为此,以RTTS封隔器卡瓦为研究对象,结合高温井下工况开展卡瓦材料试验,运用有限元法以及正交试验设计,开展卡瓦力学行为分析。优化结果表明：井下高温条件会降低卡瓦材料力学性能,在210℃时屈服强度以及抗拉强度分别下降了9.19%和4.98%,高温下安全系数、安全裕度较常规工况应增加5%～10%;根据正交试验结果,可得卡瓦最优结构参数,即卡瓦安装间距20 mm、合金块安装倾角75°、合金块直径11 mm及卡瓦楔角8°;与原始方案对比,卡瓦最大应力由1 446.1 MPa下降为752.1 MPa,卡瓦各齿咬入深度均匀性标准差由0.003 05下降为0.000 732。所得结论可为镶齿卡瓦结构参数优化提供理论参考。     

FH型静液压封隔器解封力及其计算方法

分析了影响FH型静液压封隔器解封力的因素，认为该型封隔器的解封力与其工作时的承压、坐封启动压差、泵抽汲及温度等因素有关。介绍了其解封力的具体计算方法，为该型封隔器的解封剪环规格的选择提供了理论依据。在满足使用的条件下，应尽量选用小规格的剪环，以减小封隔器的解封力。在计算其它封隔器的解封力时，本文介绍的计算方法可作为参考。     

热处理工艺对弹性防退卡瓦性能的影响

弹性防退卡瓦是一种新型井下锚定机构,该卡瓦在坐封过程中需要发生较大的弹性变形,因此对零件的不同部位提出了完全不同的性能要求,加工制造难度也随之加大。通过对该防退卡瓦结构特点的分析,研究了2种不同的局部渗碳工艺对防退卡瓦性能的影响。研究结果表明,采用整体渗碳后肋部退火工艺加工的卡瓦坐挂后肋部发生明显的断裂,这是由于整体渗碳而使卡瓦肋部碳含量大大提高后,退火处理并不能有效改善其塑性和韧性。而采用涂抹防渗涂料的局部渗碳淬火工艺,既保证了防退卡瓦的齿部硬度,又达到了卡瓦肋塑性和韧性的要求。相对于整体渗碳后肋部退火工艺,涂抹防渗涂料的局部渗碳淬火工艺具有更好的整体性能。     

Y445-150型防中途坐封安全处理封隔器

针对常规封隔器作业时存在的中途坐封、丢手失败、承受双向压力能力差等导致一次成功率低的问题,研制了Y445—150型防中途坐封安全处理封隔器。该型封隔器设计了防中途坐封装置、后处理安全装置和分压装置,采用了液压坐封丢手、双锥体卡瓦锚定、机械内锁紧和上提下放管柱解封的结构,具有抗碰撞、坐封丢手灵活、防上滑、后处理方便、悬挂能力强及通径大等特点。胜利油田150多井次的应用表明,该型封隔器的下井、打压坐封、丢手一次成功率均在98％以上。在直井、斜井和水平井作业中,可用于悬挂管柱、作桥塞、卡封及堵水等。     

Y441—152型注蒸汽封隔器

根据油田的实际情况,研制了Y441—152型注蒸汽封隔器。这种封隔器主要由锚定、密封、坐封、锁紧和解封等机构组成,采用液压坐封,上提管柱解封。它具有耐高温、耐高压、密封可靠和锚定牢靠的特点。室内试验结果表明,其坐封压力为15～20MPa,解封力为50～80kN。现场推广应用中,其坐封压力15～21 MPa,工作温度300～350℃,解封力80～100 kN,坐封成功率98％,解封成功率95％。     

Y211—150可伸缩热采封隔器的研制

针对大庆油田稠油油藏的开发需要,研制了Y211—150可伸缩热采封隔器。该封隔器主要由密封机构、坐封锁紧机构、解封机构、扶正锚定机构、热力伸缩补偿机构、安全脱卡机构等组成。它将封隔器与伸缩管设计成一体,采用V形膨胀石墨密封圈组成密封系统,确保伸缩管热力伸长时封隔器的密封性。采用左旋上提管柱坐封,右旋脱锁,上提管柱解封。室内及现场试验表明,伸缩管与封隔器之间的内密封较好,可耐压20 MPa,耐温375℃。