一种新型电动式液压增力桥塞坐封工具的研制

为实现清洁能源,简化桥塞坐封施工工艺,降低桥塞坐封成本,提出一种以电动式代替常规火药式、机械式的桥塞坐封工具。为保证此坐封工具能在高温、高压、有腐蚀液体的工作环境下有效坐封,且适用于深井(大于3000 m)、大尺寸的桥塞,提出在该电动式动力输出端增设一种液压增力系统。该桥塞坐封工具适用于直径小于114 mm、解封力小于400 kN的桥塞。样件试验结果表明:该桥塞坐封工具安全性能良好,坐封、密封性能均满足工作要求,且坐封用时少、操作方便、简化施工程序,是一种新型的桥塞坐封工具。     

浅析可取式桥塞机械的结构及设计

在井下作业过程中,浅析可取式桥塞的特点,为解封的时候不用钻铣、可以二次回收利用、套管受到的伤害小。我们经过对国内桥塞的坐封、密封、锚定、防中途坐封及双向承高压结构进行分析,得出了可取式桥塞承压性能低,可靠性不强的现状。针对此问题我们对桥塞坐封机构、锚定机构和锁紧机构原有的设计原理上,进一步提高可取式桥塞的设计水平。     

基于有限元分析的高效桥塞工具力学性能设计分析

桥塞具有施工工序少、周期短、卡封位置准确的特点,已成为国内外各大油田公司所采用的封层技术。桥塞的力学性能直接影响到井下坐封安全,以过油管桥塞作为研究对象,在分析桥塞综合受力基础上,应用ANSYS软件对桥塞关键元件进行有限元分析,通过Solidworks软件对桥塞工具核心部件受力进行分析可知,该设计符合桥塞性能需要。对于桥塞的力学分析可有效降低桥塞工具入井时中途引起的坐封失效工况,为桥塞结构的优化设计提供参考,对保障生产安全具有重要意义。     

可钻式桥塞卡瓦结构优化设计

针对水平井分层压裂中常用的可钻式桥塞的卡瓦系统,采用有限元分析其坐封、承载过程中的力学特性,研究了镶齿类和铣齿类卡瓦牙主控参数(呀型、牙瓣数、牙弧半径、卡瓦背锥着力长度等结构参数)对卡瓦锚定性能的影响,并优化设出了一种新型复式桥塞卡瓦结构。理论分析结果表明:复式卡瓦结构在保证速钻性的基础上,具有更高的承载能力,且大大降低了应力集中现象对套管的损伤。这对于目前的页岩气井和深井与超深井高强度地层分层压裂提供一种新的选择。     

基于瞬态温度场的桥塞段温度压力变化规律研究

在工程实际应用中发现，桥塞坐封后，由于地层因素和人为操作，上下端流体的温度和压力会产生变化，使桥塞的坐封失效。其中，二级桥塞受影响失效比例最大。因此，二级桥塞坐封后的段塞区内流体状态参数的获取及相关影响因素的分析对工程应用十分重要，然而国内外学者对注采井筒温度压力场研究颇多，还未涉及针对桥塞坐封方面的温度压力场变化的研究。因此，基于瞬态温度场模型，结合流体状态方程，运用MATLAB软件编程，计算得段塞区温度和压力随时间及井深变化的关系。针对井下5 km处二级桥塞进行计算，设初始温度60℃，结果显示：（1）随着时间推移，井筒回温使段塞区温度升高，压力随之升高，20 h后变化趋势停止，即当井筒温度与地层相等时，温度和压力上升趋势停止；（2）进入稳态后，段塞区深度对其压力及温度有影响，且温度压力随深度的增大而呈正比例增加；（3）进入稳态后，段塞区间隔距离对段塞区温度及压力无影响。计算结果可为工程实际应用提供一定参考价值。     

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。     

不同成形工艺对金属密封件坐封效果的影响

针对整体机械加工成形的新型桥塞金属密封件在坐封后密封面出现裂纹缺陷的现象展开了研究。通过坐封过程力学分析和不同状态下组织形貌观察,得出产生裂纹的原因。在此基础上,提出金属密封件的液压成形工艺。采用数值模拟完成液压成形模具和工艺参数的优化设计,并进行密封件的液压成形试验和坐封试验。试验结果表明,液压成形工艺设置成形压力为180MPa、保压时间为5s时,所得金属密封件表面质量较好,坐封后不产生裂纹。液压成形金属密封件密封面不同状态下的组织形貌观测和液压成形过程中的受力分析进一步表明,液压成形过程中的径向压应力能够改善晶界开裂等现象,因此与整体机械加工成形的密封件相比,液压成形工艺可以明显改善坐封效果。     

水平井新型卡封工具的研制

新疆油田开发油藏存在多层叠合、层系内油层发育、油层非均质性强的现象,水平井及大位移井经常出现套管泄漏[3],封隔器解封困难,要求封隔器实现一次下井、不动管柱可重复卡封的功能。常规卡封用封隔器在多层水平井上存在解封作业风险大、不能重复卡封的问题。针对这一问题,开展封隔器坐封解封机构研究,采用稳压方式代替锁紧机构,通过反循环、投球憋压等强制液压解封措施,研制出水平井及大位移井新型卡封工具。试验证明:该卡封工具具有坐封性能稳定、无解封力的优点,同时能够在水平井及大位移井上实现一次下井可重复卡封的功能,克服水平井及大位移井解封困难,降低作业风险及成本。     

一趟防砂管柱坐封验封自切换工具研究及实验

油田注水井在进行防砂施工时,一般操作步骤是先下入外层防砂管柱和内层坐封服务管柱。在坐封完所有防砂封隔器后,再下入一趟验封管柱,对各个封隔器的密封性进行验证。因此,至少需要下入两趟管柱才能完成注水井防砂施工服务。文中研究开发了一种坐封验封自切换工具,只需在井口通过远程压力控制,即可在井下实现开/关自切换。当坐封验封自切换工具在井下处于关闭状态时,内层管柱功能变为防砂坐封管柱;当坐封验封自切换工具在井下处于开启状态时,内层管柱功能变为防砂验封管柱。通过在内层管柱上增加自切换工具,让内层管柱具备坐封和验封两种功能,把管柱施工趟数由2变为1,提高了施工效率,降低了管柱操作服务成本。     

电缆式地层测试器推靠坐封装置安全性设计

介绍了电缆式地层测试器（EFDT）的工作原理和推靠坐封装置,分析了地层测试器井下作业遇卡的安全性问题。EFDT推靠坐封装置采用双探头和双支撑臂结构,可进行放松电缆作业,减小泥浆吸附电缆遇卡几率。推靠坐封装置设计了自动解除坐封装置,避免了EFDT在不受控状态下遇卡风险。EFDT在现场的成功应用,验证了推靠坐封装置设计的合理性和可靠性,对其他井下仪器作业安全性设计具有重要参考价值。     

基于人工神经网络的可取式桥塞胶筒密封性能预测

可取式桥塞是井下作业中使用的主要工具,其中胶筒结构参数的合理性直接影响油井产量和安全生产.为此提出一种基于BP网络和正交试验法的桥塞胶筒密封性能的预测方法,在Abaqus软件环境中建立可取桥塞胶简模型进行仿真,得到10组数据构成网络训练样本,用BP网络建立映射关系,建立胶简的密封性能预测模型.结果表明建立的BP网络模型...     

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。     

BP网络结合遗传算法对可取桥塞卡瓦结构优化

可取桥塞是井下作业中使用的主要工具,其中卡瓦结构参数的合理性直接影响油井产量和安全生产.为此提出一种基于BP网络和改进遗传算法的结构优化设计方法,在ANSYS软件环境中建立可取桥塞卡瓦模型进行仿真,得到25组数据构成网络训练样本,用BP网络建立映射关系,为遗传算法提供适应度函数,通过改进遗传算法完成最小值优化.优化结果表明卡瓦的整体性能有了显著的提高.     

一种复合材料桥塞测试台架的研制

油田开发中封隔器是实现机械采油、分层注水、分层压裂或酸化、机械堵水等注采工艺作业的主要井下工具之一.桥塞是封隔器心脏部件,为了能确定复合材料桥塞在下井前的强度及套管的损伤情况,研制了一种复合材料桥塞的测试台架以帮助完成桥塞下井前的试验工作,试验结果为研制具有更易钻铣的质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、原料来源广泛、工艺性好、加工成型简便、生产效率高等特点的复合材料桥塞设计参数的优化和封隔器现场使用提供了理论依据.介绍了测试台架的结构、工作原理、设计计算等方面的内容.     

注水井生产封隔器液压坐封球座的研制

在油气田生产过程中,注水管柱的生产封隔器采用钢丝作业投捞堵塞器或常规球座辅助封隔器坐封,存在占用井口时间、作业步骤多且容易受井型井况限制等问题。为解决此类问题,设计一种注水井生产封隔器坐封球座,并详细介绍其工作原理。球座本体在井下受到拉伸、扭转、内压、外压等复杂井况,利用ANSYS Workbench模块模拟井下实际情况并对所设计结构进行强度分析,仿真结果表明液压式坐封球座结构在强度上满足使用要求。最后,通过试验验证,所设计的坐封球座可应用于注水井生产封隔器的坐封。     

基于有限元方法的桥塞胶筒非线性分析

桥塞胶筒是弹性密封元件,是桥塞对油管与套管之间形成封堵的关键部件,其结构参数对其工作性能有重要影响。利用有限元软件ansys workbench,来模拟胶筒的在一定工况下的非线性接触行为。对提高密封性能得出合理的结构参数。为桥塞的优化设计和结构改进提供了理论依据和实践指导。     

支持4D打印的可控变形结构设计研究进展

4D打印是结合了3D打印技术和智能材料的一种智能结构增材制造技术。通过几何结构设计、智能材料分布设计,4D打印可以制备具有可调节形状、特性或功能的可控变形结构。可控变形结构通过外界的刺激,按设计好的特定方式发生形状、性能和功能的变化,从而使其满足不同领域的应用需求。对可控变形结构的二维结构设计方法和三维变形设计方法的技术研究进展进行综述,总结了支持4D打印的可控变形结构设计的突出成果以及创新性技术。结合4D打印的概念和支持4D打印的可控变形结构设计的研究现状,对其在机械、生物医学等领域的应用进行了展望。     

无节流自助解封封隔器及工艺管柱研究

为了解决K344封隔器分层压裂技术需要节流压差坐封、施工后胶筒回收不完全,以及Y241封隔器分层压裂技术上提管柱解封困难的问题,研制了一种无节流自助解封封隔器及工艺管柱。研制的无节流自助解封封隔器采用弹簧自助解封机构、割缝中心管和压缩胶筒的结构形式,提高了下入、坐封和解封的稳定性和可靠性,同时由于该封隔器不需要节流压差坐封,提高了压裂施工的成功率;研制的工艺管柱可以实现不动管柱分6层大规模压裂施工。现场试验结果表明,无节流自助解封分层压裂工艺管柱耐温耐压性能良好,下入、坐封和解封性能稳定可靠,结构简单,操作方便,具有良好的应用推广前景。     

扩张式封隔器性能分析及试验研究

针对具有单向护肩结构的大扩张比封隔器入井测试问题进行了研究,由于该封隔器扩张比达到40%,远高于常规封隔器,为防止封隔器胶筒坐封过程中发生大的挤压变形和向上位移,在封隔器胶筒上端设计了护肩机构,而常规封隔器上环空试压方法不能验证护肩功能,并容易导致封隔器解封。为此对大扩张比封隔器实际坐封状态进行了有限元计算和地面测试,在此基础上设计了能够实现下环空测试封隔器性能的管串结构和试验工艺,并完成了入井试验。试验结果表明封隔器下环空试压达到18MPa,封隔器护肩坐封过程中能够胀开保护胶筒并在上提解封时实现收缩。研究所形成的计算及试验工艺方法实现了对封隔器工作状态的有效测试,为封隔器功能完善、结构改进提供了参考依据。     

地层测试器双封隔器坐封性能研究

该文介绍了地层测试器的工作原理及封隔器结构,分析了双封隔器的坐封及测压原理,设计了封隔器坐封性能测试装置,通过模拟井下封隔器工作环境,测试其坐封和自动解除坐封性能,验证了不同井径条件下封隔器承受内充压和两端差压的能力,为地层测试器双封隔器地层测试提供了重要的应用参数.