胶筒
- 连续管防喷盒胶筒摩擦机理及过管稳定性分析*
盒的核心密封件为胶筒，在外部液压力和井内介质压力的共同作用下，胶筒与连续管接触形成密封。如果连续管与胶筒之间的摩擦力过大，则会加剧密封面磨损，缩短胶筒的使用寿命。密封失效会造成井内流体溢出，危害人员安全，污染环境[5]。学者们针对连续管防喷盒的研究主要包括结构改进和失效分析。2008年，陈澈等[5]对连续管防喷盒失效原因进行了分析，提出了正确的操作和维护方法。2013年，朱兆亮等[6]将连续管防喷器胶筒的几何形状由等直径胶筒改为鼓形，并采用双胶筒结构，改善
石油机械 2023年11期2023-12-04
- 压缩式胶筒结构优化及裸眼密封性能分析
场使用中，封隔器胶筒组密封失效和肩突问题较为突出。杨秀娟等[3]采用罚函数方法，结合密封橡胶的非线性变形过程，研究摩擦因素与接触应力之间的关系，指出摩擦因数的变化对封隔器胶筒的接触应力有比较明显的影响。张丽娟等研发出适用于直径152.4 mm裸眼井眼的压缩式裸眼封隔器[4]，该封隔器能够在坐封时保护胶筒防止发生“肩突”现象，提高了封隔器承压能力。李强开展了对新型密封结构密封性能的研究[5]，与常规三胶筒密封结构相比，密封胶筒组与井壁之间的最大接触压力和平均
机械科学与技术 2023年8期2023-09-17
- 水下设备密封胶筒截面形状的响应面优化*
的核心密封部件是胶筒，其密封性能相对金属密封圈较差[1]。因此，提高胶筒的密封性能使其可以承受更高的油气管道内部压力尤为重要。许多研究人员从理论计算、胶筒的结构和材料研究等方面对弹性体的变形和密封性能进行了研究。在理论计算方面，BANKS等[2]、GENT等[3-4]和HORTON等[5]对小变形的黏合弹性体进行了研究，并给出了相应的理论分析；SUH和GRAHAM KELLY[6]对一侧与刚性表面黏合，另一侧为摩擦接触的弹性体进行了研究，并通过实验验证了有
润滑与密封 2023年7期2023-07-29
- 基于ANSYS的软柱塞抽油泵密封性能研究
抽油泵结构图2 胶筒模型参数本文设计的软柱塞抽油泵，胶筒使用的材料为聚醚醚酮，计算模型为Mooney-Rivlin模型。两参数Mooney-Rivlin模型[6]的表达式为：(1)式中：W为应变势能；I1为第一应变偏量；I2为第二应变偏量；d为材料不可压缩参数；J为体积比；C01和C10为材料常数，通过实验测得C01=-0.751 3E+06，C10=2.375 0E+06。3 有限元分析本文主要分析软柱塞抽油泵的密封性能，故只要对软柱塞密封段胶筒和泵筒建
机械设计与制造工程 2022年11期2022-12-12
- 连续管压裂封隔器失效分析与优化研究
，利用金属骨架对胶筒形成支撑作用，该结构相对橡胶胶筒耐高温能力较强，利于延长封隔器的使用寿命，但制造和使用要求较高，推广应用存在一定局限性。徐新华等[6]设计了小井眼压裂封隔器，通过对常规封隔器进行改进，改进后的新型锚爪结构对管柱锚定效果更可靠，但这种封隔器结构不宜用于深井及高压井压裂作业。目前国内外专家对橡胶材料温度场进行了深入研究[7-8]，但对封隔器胶筒温度变化下的应力和密封性能研究较少。由于封隔器的结构特点以及井下复杂工况，使得对胶筒的温升测量相当
石油机械 2022年9期2022-10-13
- 分层注采用压缩式封隔器密封与锚定性能研究及应用
内试验等方式，对胶筒结构进行优化或是研发新式封隔器结构，以求获得更好的使用性能或更高的可靠性。但数值模拟结果或结论的真实性需要实际验证，室内试验无法完全反应井底的真实环境，故优化效果的好坏仍需通过现场实践加以检验。笔者以大庆采油四厂常用的压缩式封隔器为研究对象，通过数值方法对封隔器结构提出优化，并基于现场试验证明了封隔器的优化效果。1 压缩式封隔器的使用性能数值分析1．1 压缩式封隔器优化前结构本文所研究的压缩式封隔器采用三胶筒结构，刚体最大外径为Φ114
中国设备工程 2022年14期2022-08-19
- 新型复合式遇油遇水封隔器的研制与应用*
,仅由圆柱形主封胶筒与基管连接组成,在使用中存在两方面问题。第一,遇油遇水封隔器要求环空间隙不能过大,但如果间隙小,会导致工具下入困难。第二,封隔器胶筒在介质中的膨胀率不一致,呈两端膨胀快、中间膨胀慢的规律,使封隔器胶筒无法与环空建立全段紧密贴合,影响密封能力。为了更好地发挥遇油遇水封隔器在各油田中的作用,笔者在常规遇油遇水封隔器的基础上进行优化与改进,研制了新型复合式遇油遇水封隔器。2 设计为了解决目前常规遇油遇水封隔器存在的问题,笔者对常规遇油遇水封隔
机械制造 2022年5期2022-06-10
- 扩张式封隔器胶筒密封性能影响因素分析
业过程中，封隔器胶筒是封隔器实现井下油气分层的关键零件之一，胶筒受力产生径向膨胀与套管接触，从而实现封隔环空和分层［1-3］。扩张式封隔器是常用的封隔器之一［4］。胶筒是封隔器的核心部件［5］，其性能决定着封隔器的性能，而胶筒结构参数的变化会使胶筒在工作过程中的变形和力学性能发生变化［6］，导致胶筒的使用性能受到影响。胶筒在工作中受力复杂，环境恶劣，容易失效［7］，因此研究胶筒结构参数对提高封隔器性能具有重要意义。由于实验存在成本高等问题，同时随着数值模拟
四川轻化工大学学报(自然科学版) 2022年1期2022-03-12
- 海上热采耐高温三胶筒结构封隔器设计及性能评价
油热采井对封隔器胶筒有着非常高的要求，必须要求其在高温下(350 ℃)有可靠的密封性能。现有主要耐高温胶筒材质为全氟醚和聚四氟乙烯(PTFE)，李振环[1]的研究表明，全氟醚橡胶可以耐热300 ℃，需要的座封力较小(15 t以下)，同时有较高的密封压力(30 MPa)，可以满足海上热采密封压力(20 MPa)需求，但是价格十分昂贵，且长时间高温条件下会出现老化加剧、龟裂、密封失效现象；丁美平[2]的研究发现，PTFE是一种非常稳定的高分子材料，具有抗酸抗碱
钻采工艺 2022年6期2022-03-04
- 基于ABAQUS的管内密封胶筒性能参数优化
封堵能力，而密封胶筒是决定装置封堵能力的关键部件，其性能参数直接决定管内封堵的效果。因此，对于管内密封胶筒密封性能[3-4]的研究是管内封堵技术研究中的主要问题之一。 对于封隔器密封胶筒的研究[5-10]已经比较成熟，通过建立封隔器胶筒力学模型，结合有限元分析软件，模拟封隔器密封胶筒坐封过程，并对胶筒密封过程进行变形以及受力分析，进而得到更加合理的胶筒参数。对于橡胶密封能力的设计以及优化，也有一些学者应用有限元仿真分析软件[11-12]，针对大变形的密封胶
石油矿场机械 2022年1期2022-02-12
- 套损井小直径压裂封隔器研制及应用
全创效。1 密封胶筒的改进设计封隔器的关键元件是具有密封能力的胶筒，胶筒的高温力学性能是影响其密封能力的主要因素[1]。小直径封隔器的胶筒在外径和厚度变小的同时，在通过102 mm左右的套变点后，仍需要封隔原通径为124 mm的套管环形空间，对于139.7 mm套管补贴井，倾向于采用高膨胀比的扩张式封隔器进行分层卡封[2]，并且解封后胶筒的残余变形一般要小于5%。同时考虑胶筒一般要承受60～70 MPa、80～120 ℃的井下施工环境，因此胶筒材料要同时满
石油矿场机械 2022年1期2022-02-11
- 防喷盒聚氨酯胶筒密封性能及其主控因素分析*
设备。防喷盒密封胶筒通常采用聚氨酯材料制成[1]。聚氨酯材料以良好的机械性能、耐磨和耐油性能成为液压传动与控制系统重要的密封件材料[2]。但是，对于密封性能要求较高的深井、高压气井，防喷盒密封依然存在不可靠、寿命短的问题。在现场进行作业时，采用2只防喷盒串联在一起以延长防喷盒胶筒的使用时间，但存在增加重量、井口高度和成本等缺点。为此，揭示防喷盒胶筒的密封性能，并对影响胶筒密封性能的主控因素进行分析十分必要。国内外学者对此进行了实验与理论研究。周金卫等[3]
中国安全生产科学技术 2021年10期2021-11-08
- 套管磨损对封隔器密封性能的影响*
具，其核心部件为胶筒，胶筒与套管之间的接触压力是评价封隔器密封效果的主要参数[4]。目前，针对封隔器胶筒的研究主要包括数值模拟及室内试验。刘旭辉等[5]对压缩式封隔器正常套管段与射孔段套管坐封进行了有限元分析。付道明[6]利用数值模拟方法分析了封隔器的坐封过程，得到了胶筒压缩距与接触应力变化的规律。HU G.等[7]对橡胶材料的本构模型进行了优选，分析了不同橡胶材料、厚度和坐封力对压缩式封隔器密封性能的影响。HUANG Y.等[8]研究了温度对橡胶本构模型
石油机械 2021年9期2021-09-08
- 扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价
解封[2]。利用胶筒内外压差使胶筒产生径向膨胀从而完成对地层的封隔。扩张式封隔器的核心部件是胶筒，胶筒性能和密封效果对封隔器在井下工作时的可靠性产生直接影响[3-4]。而胶筒的密封元件一般采用橡胶材料制成，橡胶的几何形状、材料性能以及边界条件均具有典型的非线性特征，这就使得在对胶筒与套管之间接触力学行为进行分析计算时难度较大[5]。目前，国内外学者主要从数值模拟、理论分析以及室内实验等方面对胶筒与套管壁之间的接触行为进行研究[6-10]。因此，研究封隔器胶
西安石油大学学报（自然科学版） 2021年3期2021-06-11
- 三种结构封隔器胶筒变形稳定性对比研究*
者外部环境作用下胶筒产生的径向变形，封闭环形空间，防止流体通过，达到密封作用，从而保障井下工作的顺利进行。 随着油气田的不断开发，钻井、完井工艺不断向高压、高温和复杂的深部地层方向发展，为了满足井下条件和工艺措施的要求，促使封隔器的井下工作更趋专业化和针对性，作为封隔器的核心元件，研制的密封胶筒结构也日益丰富[1]。封隔器性能的好坏和井下工作的成败主要取决于密封胶筒，胶筒的密封性和稳定性直接影响封隔器工作的可靠性。胶筒的稳定性与密封元件材质、结构及操作等因
润滑与密封 2021年3期2021-03-30
- 新型高温高压封隔器组合式胶筒结构设计及试验
后，部分封隔器的胶筒失效，使环空带压，给生产造成严重的安全风险[1-2]。目前，国内生产的高温高压封隔器，大部分胶筒达不到国外产品的水平，缺乏系统研究，其在推广过程中会给客户带来潜在的安全风险[3-4]。面对纷繁复杂的国际形势和国外核心技术的垄断、封锁，攻关可耐高温160 ℃以上和耐高压35 MPa以上的密封胶筒核心技术已经迫在眉睫，是实现国产高端完井封隔器的首要技术前提。笔者研究出一套适合海上ø244.5 mm套管、耐温170 ℃、耐压41 MPa的组合
石油矿场机械 2021年1期2021-01-26
- 文23储气库注采管柱封隔器密封数值模拟研究*
[1-2]。密封胶筒是封隔器的关键元件，若发生外侧撕裂、端部裂纹、局部变形等问题将降低封隔器的密封性能，对储气库的长期运行造成不利的影响[3-4]。部分学者对封隔器胶筒的密封性能进行了数值模拟和理论分析研究。陈瑞[5]建立ABAQUS有限元计算模型对不同压力工作情况下分层注水封隔器胶筒的力学及变形状况进行了分析。张智等[6]利用正交优化方法建立三维有限元模型对压缩式封隔器胶筒的关键结构参数进行了优化。仝少凯[1]从理论上推导计算了压缩式封隔器胶筒的接触应力
石油管材与仪器 2020年6期2021-01-04
- 新型防突机构对封隔器胶筒密封性能影响研究
主要依靠密封元件胶筒在轴向载荷下，发生径向膨胀，使胶筒与套管相互作用产生足够大的接触应力，密封油套环空，从而达到封隔产层以及防止层间流体和压力相互扰动等作用[2]。轴向载荷足够大时，胶筒端部会从封隔器和套管间隙中挤出产生“肩突”现象，胶筒易被撕裂损坏，降低封隔器的密封性能。为此，合理的防突机构有助于保证封隔器胶筒的密封性和完整性。目前，国内外学者针对封隔器胶筒防突问题提出了多种防突机构，文献[3]提出整体伞形保护环防突机构，分析了伞形保护环对胶筒突出变形的
机械设计与制造 2020年10期2020-10-21
- Y211型封隔器胶筒及卡瓦的有限元分析
实现坐封和解封。胶筒是封隔器实现密封管柱和对油井分层的关键部件，其结构参数和机械性能对封隔器的可靠性有着较大的影响。胶筒在封隔器承受轴向载荷时会受压变形使套管之间产生接触压力，从而在封隔油管与套管间形成环形空间，以满足隔绝产层及保护套管等要求[7-19]。因此在实际使用过程中，密封元件的失效是封隔器失效的重要原因，为了研究封隔器密封性能需要对不同坐封载荷下胶筒变形及接触应力的变化进行分析。Y211型封隔器在工作时需要依靠卡瓦进行固定，坐封时卡瓦撑开并与套管
西安工业大学学报 2020年2期2020-06-11
- 裸眼井中扩张式封隔器力学行为研究
管加压，原油流入胶筒和中心管组成的密闭空间，在压差作用下，胶筒发生变形，并逐渐与井壁接触，产生接触压力，达到坐封。国内外很多学者对封隔器胶筒通过不同方法进行了大量的研究。Rivin 和Lee[1]通过试验的方法研究了受压橡胶元件的应力-应变以及蠕变特性。程心平[2]、韩国有等[3]用有限元软件研究了扩张式封隔器胶筒，并且分析了其力学行为。范青等[4]利用有限元模拟得出了封隔器胶筒损坏失效机理，并探究了封隔器在多种环境状态下观察不同的力对其的影响。张辛等[5
石油化工应用 2020年5期2020-06-07
- 井下暂堵可取封隔器密封结构设计与评价
。本文设计了一种胶筒结构，并建立非线性有限元模型，以胶筒-套管间接触压力评价相应的密封性，对保障钻具安全、提高油田产量具有重要意义。1 有效密封结构设计与分析为满足单趟管柱贯穿多个层段的密封性需求，优化后的胶筒设计为三段式组合结构，如图1所示。其中，上、下胶筒几何尺寸、力学参数完全相同，邵氏硬度为90°；中部胶筒尺寸较短，且弹性模量较低，邵氏硬度为70°。不同胶筒之间设有金属隔环。依照现场工序，胶筒受力可划分为初封和工作两个阶段[12]。若要满足工作阶段的
钻采工艺 2020年6期2020-04-26
- 锦纶帘线封隔器胶筒工作性能及其影响因素
长的扩张式封隔器胶筒[7-8]。为了提高工作性能，胶筒内部采用加强材料进行补强[9]，国内常用重叠钢带式和钢丝帘线式胶筒[10]，胶筒承压胀封后残余变形大，上起管柱胶筒边缘易出现裂纹，造成解封失败；锦纶帘线、聚酯帘线胶筒残余变形小、扩张量大[11-12]，但承压性能低、密封性能差[13]。为了提高锦纶帘线胶筒工作性能，有必要深入分析胶筒的工作机理，国内外学者展开研究如下：Atkinson C 等[14-15]采用橡胶超弹性本构理论对3种橡胶材料的本构模型进
天然气工业 2020年1期2020-04-10
- 244.5 mm套管三胶筒隔离封隔器研制
塞移动压缩封隔器胶筒，使其径向膨胀并封隔套管或裸眼井壁。同时，单向锁紧机构发生自锁，使胶筒永久处于径向膨胀状态，封隔器实现有效密封[2-3]。老式的隔离封隔器在下行过程中由于胶筒较软，容易出现刮损等破坏，严重影响防砂作业的进行。因此，在完井防砂和生产作业中需要一种可完全回收、高性能、可承受一定压力的隔离封隔器[4]。由于具有不同硬度的三胶筒结构在压缩时能够形成更好的应力分布，使密封性能稳定可靠，近来已逐渐成为隔离封隔器的主流密封结构[5]。笔者设计了一种利
石油矿场机械 2020年1期2020-02-27
- 考虑温度和扭转载荷的封隔器胶筒可靠性研究*
工具[1]。密封胶筒是封隔器的关键部件，其材料一般选用具有可压缩性、可伸长性、超弹性、变形可恢复性，且具有阻尼和能量吸收效果的橡胶[2]，并靠其径向膨胀时与套管壁之间产生的接触压力起密封作用[3]。封隔器胶筒在井下作业时通常会遭遇不同的工作温度，而温度的高低会对胶筒材料的弹塑性和老化速度产生较大影响，从而影响胶筒的工作寿命和可靠性。目前国内外对橡胶可靠性的研究主要集中在对其疲劳寿命的研究[4-11]，如文献[12-15]以压缩极限作为指标评价了橡胶的可靠性
润滑与密封 2019年9期2019-09-23
- 封隔器胶筒的非正态分布变量对其可靠性灵敏度的影响*
器的核心密封件是胶筒，因此提高封隔器胶筒结构的可靠性，降低由封隔器胶筒密封失效带来的社会、环境和经济效益的影响，一直是研究人员的研究重点[2-4]。封隔器的可靠性受胶筒密封性能的影响，封隔器的可靠性灵敏度设计可以在可靠性的基础上评价胶筒设计参数的改变对结构可靠性的影响。因此，为了提高封隔器可靠性，必须使封隔器零部件在灵敏度设计上满足可靠性要求。封隔器在实际作业时，影响胶筒密封性的因素较多且包含非正态因素[5-6]，因此，在胶筒的设计制造中要控制好相关因素，
润滑与密封 2019年8期2019-08-27
- 压裂封隔器密封系统流体穿透仿真研究*
通过坐封压力使得胶筒轴向压缩，使径向半径增大并与井壁接触形成密封，将井眼分隔从而实现分段压裂作业[3]。因此，胶筒的密封能力是决定压裂封隔器密封性能的关键。近年来，研究人员从增强封隔器密封性能角度出发，已经开展了大量的研究。伍开松等[4]研究了封隔器胶筒密封几何参数的优选，分析了接触应力随胶筒高度、厚度、倒角等参数的变化规律。张付英和姜向敏[5]利用应力-强度干涉理论建立了胶筒密封的可靠性模型，得出了影响胶筒密封可靠性的主要参数及参数变化的灵敏度。王鹏[6
润滑与密封 2019年8期2019-08-27
- 国内热采井高温胶筒发展现状
，特别是封隔器的胶筒，面临较大挑战[5-6]。1 聚四氟改良复合胶筒胜利油田、辽河油田和海上油田的稠热井较多，由于蒸汽吞吐过程温度高，驱替效果更好，因此开采方式以蒸汽吞吐为主。稠油井的完井方式主要以砾石充填水平井为主[7]，胜利油田稠油区块的热采水平井占到水平井总数的40%左右[8]。对于井下的完井管柱，封隔器主要有高温悬挂封隔器和层间的分层封隔器，对于注汽管柱，注汽管柱下方连接有热敏高温封隔器和在完井管柱内分层的注汽封隔器。高温悬挂封隔器胶筒和分层封隔器
石油矿场机械 2019年4期2019-08-14
- 温度变化对压裂用封隔器胶筒密封性能的影响*
器关键部件的弹性胶筒，其作用是密封套管和油管之间的环空间隙，对封隔器性能有重要的影响 。胶筒靠径向膨胀时与套管壁之间产生的接触压力起密封作用[2]，因此，胶筒的结构和工况环境都会影响封隔器的密封性能。目前，国内外对胶筒密封的研究主要集中在胶筒的密封机制研究[3]、结构改进[4]和胶筒的变形分析[5]等方面。文献[6]研究了某一温度下胶筒的密封性能，但没有对不同温度对胶筒密封性能的影响展开研究。文献[7-9]在利用有限元方法分析胶筒密封性能时，提到了温度的影
润滑与密封 2019年7期2019-08-02
- 封隔器胶筒变形稳定性分析*
0222)封隔器胶筒是井下油气分层钻采工艺的关键密封零部件，通过依靠管柱压重或水力载荷压缩胶筒，从而封隔环形空间实现密封。随着能源供给结构的调整和对油气需求的增加，封隔器胶筒的设计研究也日渐深入。 由于封隔器工况环境恶劣，胶筒在整个密封过程中的状态及变形都可能对材料造成破坏及影响密封性能。因此胶筒的稳定性问题受到极大关注。提高材料稳定可靠性，降低因不稳定性带来的社会、环境和经济等效益损失，一直是专家学者研究的重点。超弹性材料的稳定性研究，最早是EULER于
润滑与密封 2019年5期2019-05-30
- 基于正交试验的压缩式封隔器胶筒的结构参数优化
司0 引言封隔器胶筒是封隔器最为重要的核心组成部件之一，其作用主要是封隔油管与套管环形空间，达到隔绝产层、保护套管的目的[1]。现场使用中，封隔器胶筒密封失效和撕裂失效问题较为突出，已成为当前关注的焦点问题之一。为了解决上述问题，国内外学者对封隔器胶筒做了相关研究，已有的封隔器胶筒力学模型和数值计算方法[2-3]，对其力学性能评价较为准确、合理。Polonsky和Tyurin等[4]将封隔器圆柱形胶筒设计为圆锥形，同时使用软硬胶筒相组合的胶筒组和弹簧环防突
天然气工业 2019年3期2019-05-13
- 响应曲面法优化封隔器胶筒密封性能参数的研究*
0222)封隔器胶筒是油气勘探时压裂用封隔器的关键部件，利用径向膨胀时胶筒与套管壁之间产生的接触压力起密封作用[1]。 胶筒的密封性能对提高压裂用封隔器的工作性能和保证分层开采工艺的有效实施具有重要意义。胶筒的密封能力取决于弹性胶筒在轴向工作载荷作用下，外径受限约束时的径向扩张变形情况，而胶筒的变形与胶筒的结构参数、材料参数、工况参数等相关。特定工况下某种材料的胶筒，施加工作载荷时，胶筒的变形主要依赖于胶筒筒高、端面斜角、胶筒的厚度及子厚度等结构参数，每一
润滑与密封 2019年4期2019-04-22
- 新型封隔器胶筒橡胶本构模型选择及结构参数优化
借助水力载荷压缩胶筒来实现密封功能，其密封性能的好坏主要取决于套管内壁与胶筒之间接触应力的大小[2～4]。而接触应力是由封隔器的坐封力和具体结构共同决定的[5]，因此，国内外对封隔器的结构和坐封力进行了相应研究。刘永辉[6]从结构参数、材料硬度和受力工况等角度对单胶筒、双胶筒和三胶筒进行了封隔器密封性能的研究；发现最合适的端面倾角为40°～50°，以及垫圈尺寸与摩擦系数对密封性能及接触压力的影响。张辛[7]提出将常规三层胶筒改成两个胶筒，并在胶筒外面覆盖一
制造业自动化 2019年1期2019-01-19
- 油田井下封隔器密封性能影响因素研究
研制。一、封隔器胶筒密封性能影响因素研究实验研究表明，封隔器胶筒受力、胶筒材料及形状、封隔器结构等在不同程度上，对封隔器的密封性能产生影响，特别是封隔器坐封时胶筒坐封力的加载方式是决定封隔器整体气密封能力的关键因素。1.坐封力加载方式对密封性能的影响坐封力加载方式决定了胶筒与套管径向接触应力的分布[1]，而接触应力与胶筒的密封性能密切相关，在一定范围内，胶筒的密封能力与接触应力近似成正比[2]，胶筒与套管的接触应力越大、越均匀，封隔器密封油套环空压差的作用
钻采工艺 2018年4期2018-08-03
- 基于ABAQUS的分层注水封隔器胶筒有限元分析
隔器重要元件——胶筒将承受轴向压缩和径向膨胀作用，此时胶筒填满管套环空，通过与套管内壁相互的接触压力实现其功能，达到阻断井液及压力和封隔上下分注层的作用。在注水过程中，胶筒与套管之间产生的相互作用将严重影响注水管柱系统的受力状况[1-4]。研究封隔器胶筒的力学行为，尤其是对胶筒与套管间摩擦力随轴向压力的动态变化过程进行研究，对注水管柱力学分析、准确确定封隔器在井下的位置以及分层注水的成功与否具有重大的意义，并且为整体研究注水管柱受力变形提供了一定的理论依据
橡胶工业 2018年9期2018-07-22
- 尾管顶部封隔器密封胶筒设计与试验
研究，采用了组合胶筒结构、胶筒防突和防退机构设计等技术提高密封可靠性，解决了胶筒坐封后应力松弛和回退问题，密封压力达到70 MPa，现场应用解决了尾管重叠段环空密封问题［4］。1 顶部封隔器总体结构顶部封隔器随悬挂器入井后通常要进行大排量循环洗井，并完成注水泥、替浆等作业。部分井况下，尾管下入速度较快，增大了封隔器提前坐封的风险，为此须将封隔器坐封力设定在一个合理的范围内［5］。由于浅井钻具重量轻，若坐封力较大，难以提供所需的动力；若坐封力设置相对较小，入
断块油气田 2018年3期2018-05-28
- 封隔器密封胶筒的尺寸优化
器来讲，密封元件胶筒与套管内壁之间接触所产生的应力大小将决定其质量，为了避免因应力集中、残余变形而导致的密封失效或起出困难，应合理地选择胶筒的形状尺寸[4]。杜长桥等[5]通过有限元软件对封隔器进行数值仿真和分析，得出轴向载荷和压差对封隔器密封性的影响，并对胶筒结构进行优化。C.O.Horgan[6]明确了胶筒与套筒内壁间的密封类型，属于接触密封，其接触应力的大小对密封质量的高低有着十分重要的作用。李鹏飞等[7]以三胶筒封隔器胶筒为主要研究对象，探索了橡胶
机械工程师 2018年4期2018-05-16
- 注水封隔器胶筒三维应力有限元仿真分析
内外学者对封隔器胶筒接触应力已经有了较多的研究，其中文献[3]以热采井胶筒为研究对象，运用有限元软件分析了胶筒压缩距与接触应力之间的变化规律；文献[4]通过与实测橡胶数据相拟合的本构模型参数进行橡胶接触应力有限元分析，得到了接触应力沿轴向的分布情况；文献[5]通过实验测得胶筒与套管之间的摩擦因数并以此为依据建立了分析胶筒与套管摩擦接触问题的有限元模型，通过有限元分析为封隔器胶筒设计优化提供理论依据；文献[6]鉴于橡胶材料的非线性，运用弹性力学及橡胶本构模型
机械设计与制造工程 2018年4期2018-05-04
- 管内封堵器胶筒硬度对其自密封特性影响研究
封堵主要是靠挤压胶筒使其与管壁形成接触密封力，所以胶筒的密封性能将直接影响管内智能封堵器的性能。图1 管内智能封堵器示意对于胶筒的密封研究已经比较广泛，胶筒结构及形状的优化研究已有很多[6-9]。胶筒的另外一个非常关键的参数是自密封，胶筒的自密封在整个密封过程中起到非常重要的作用。本文通过模拟的方法，对胶筒的密封性能以及胶筒硬度对自密封性能的影响进行研究。1 胶筒自密封特性管内智能封堵器胶筒的工作过程类似于封隔器的胶筒，密封过程如图2所示。封堵过程主要通过
石油矿场机械 2018年2期2018-03-29
- 无骨架内衬扩张式封隔器的研制与现场试验
无骨架内衬扩张式胶筒，研制了无骨架内衬扩张式封隔器。该封隔器采用两端嵌套弹簧的方式来提高胶筒多次坐封的可靠性，在工作压差2.5～5.0 MPa下，胶筒可以充分胀封并可靠密封。室内试验表明，无骨架内衬扩张式封隔器在150 ℃下可以反复坐封/解封50次，双向承压85 MPa，解封后胶筒残余变形率小于1.5%。该封隔器在延长油田2口老井重复复压裂施工中进行了试验，其坐封显示明显，且在井内工作50 h多后，顺利解封，封隔器胶筒完好，外径仅由108 mm扩大至109
石油钻探技术 2017年5期2017-11-01
- 高温封隔器胶筒试验检测工具的研究
10)高温封隔器胶筒试验检测工具的研究剪树旭(辽河油田分公司钻采工艺研究院， 辽宁 盘锦 124010)针对常规封隔器胶筒试验工具具有测量精度差、操作不方便和不能够检测膨胀剂性能的问题，研究了高温封隔器胶筒试验检测工具。该检测工具主要有管柱组件部分、传压组件部分、密封部分和解封部分等4个部分组成，并对其检测工具的原理和结构特点进行了研究，该检测工具能够检测各种高温封隔器的胶筒，具有广泛的适用性。高温封隔器，胶筒检测工具，膨胀剂0 前言封隔器的主要功能是将产
化工管理 2017年16期2017-06-23
- 压缩式封隔器胶筒接触力学行为有限元分析
0)压缩式封隔器胶筒接触力学行为有限元分析王云学1，许仁波1，孟奇龙1，江 能2(1.武汉科技大学机械自动化学院，湖北 武汉，430081；2. 中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司技术监督中心，湖北 潜江，433100)以Y341-114型压缩式封隔器为研究对象，基于Mooney-Rivlin橡胶本构模型，对封隔器胶筒的非线性接触力学行为进行有限元模拟，分析了胶筒轴向压缩距及胶筒与套管壁间接触应力分布与坐封载荷之间的关系。仿真结果表明，封隔器胶筒与套管
武汉科技大学学报 2017年1期2017-01-19
- 基于数值模拟的封隔器胶筒参数正交优化分析
数值模拟的封隔器胶筒参数正交优化分析周先军1，崔光宇1，钟卫平1，李英松2，边杰2(1.中国石油大学(华东) 机电工程学院，山东 青岛 266580；2.中海油田服务股份有限公司 完井中心，天津 300459)采用ANSYS有限元分析方法对封隔器的组合胶筒系统进行单因素离散优化，得出了单因素参数对组合胶筒接触应力影响规律和最优取值区间，并结合正交试验理论考虑因素间交互作用，对组合胶筒四因素三水平正交优化。结果表明：四因素三水平优化的最优几何参数组合比单因素
石油矿场机械 2016年5期2016-09-05
- 试论压缩式封隔器胶筒变形阶段力学分析
试论压缩式封隔器胶筒变形阶段力学分析陈红文（阜宁县宏达石化机械有限公司224400）本文将压缩式封隔器胶筒变形分为自由变形和约束变形两个阶段，分别进行力学特征及性能分析，在此基础上对胶筒的强度进行分析，希望通过本文的研究能够得到合理的设计压差等相关数据，为后期设计封隔器，确定相关尺寸提供参考。压缩式封隔器；胶筒；自由变形；约束变形1 引言封隔器是一种常用的井下作业工具，主要用于试采，而整个封隔器最主要的部件就是胶筒。在使用封隔器的过程中，胶筒会在压缩载荷的
大科技 2016年30期2016-08-10
- 扩张式封隔器胶筒的研究现状综述
5）扩张式封隔器胶筒的研究现状综述马力（西安石油大学机械工程学院 陕西 西安 710065）石油工业的发展，带动了石油机械装备的发展，在钻井或完井后对油气层进行测试时，为了获得动态条件下地层和液体的参数,封隔器作为主要的井下工具被大量的运用到测试中。而使其安全有效的工作是保证油气井作业的关键，其工作性能的好坏直接影响着油田的生产成本和企业的经济效益。已有大量学者采用有限元方法对封隔器胶筒的力学性能做了研究，为封隔器的结构优化、坐封方式、胶筒材料的选择等提供
信息记录材料 2016年5期2016-02-23
- 压裂封隔器胶筒研制及密封性能模拟试验分析
王利军压裂封隔器胶筒研制及密封性能模拟试验分析王 晓，孔学云，王俊姬，刘景超，王利军（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）为了研究结构参数对高压密封胶筒性能的影响，开展了对一种压裂工艺使用的能够密封较高压差胶筒的研究，并根据现场作业实际工况要求模拟了胶筒几何尺寸、载荷对胶筒变形以及胶筒和套管接触应力的影响。结果表明：胶筒长度和扶正环宽度的尺寸变化对接触应力影响不明显，胶筒厚度小范围的变化对接触应力也不会有明显影响，但都会显著影响胶筒
石油矿场机械 2015年4期2015-08-05
- 分级解封长胶筒封隔器的结构及性能分析
00）分级解封长胶筒封隔器的结构及性能分析冯 燕，伍开松（西南石油大学机电工程学院，成都610500）针对特高含水期精细分层注水存在的多级封隔器解封困难，以及小隔层分层注水封隔器偏离隔层现象，研制了分级解封长胶筒封隔器。该封隔器能够实现分级解封，解封力小，结构简单，容易操作。利用A B A Q U S有限元分析软件对封隔器的长胶筒进行分析，确保长胶筒的密封及锚定功能的可靠性。分层注水；封隔器；结构；有限元分析分层注水是高含水后期、特高含水期继续提高水驱采收
石油矿场机械 2015年5期2015-07-22
- 压缩式封隔器三级胶筒多重非线性力学分析
压缩式封隔器三级胶筒多重非线性力学分析党黎明，刘巨保，李治淼，王 艳（东北石油大学 机械科学与工程学院，黑龙江 大庆163318）分析了压缩式封隔器胶筒在井下分层压裂的密封性能。针对不同硬度胶筒组合和胶筒材料、几何及双重接触三重非线性问题，根据力学基本理论，采用微元法建立胶筒变形齐次非线性方程组。将胶筒变形分为自由变形、单向约束变形和双向约束变形3个阶段。从而推导出各个阶段不同硬度胶筒组合的变形公式，利用载荷迭代法求解胶筒在不同轴向力下的接触压力和压缩量。
石油矿场机械 2014年6期2014-12-11
- 海上完井封隔器胶筒试验装置设计及应用
①海上完井封隔器胶筒试验装置设计及应用刘传刚，孔学云，马认琦，包陈义，闫 伟（中海油能源发展有限公司工程技术公司，天津300452）①设计了封隔器胶筒试验装置，可通过机械和液压2种方式压缩胶筒坐封，能够实现对单胶筒和多胶筒组合的密封检验，具有实时锁紧和快速复位、预先设置压缩行程及上下环空双向验封功能。试验和应用结果表明：该装置实用性强、操作方便，解决了以前只能通过封隔器配合使用才能完成对胶筒密封性能检验的局限。试验装置；封隔器胶筒；密封；压缩行程封隔器是石
石油矿场机械 2014年7期2014-06-05
- 楔入式钢骨架胶筒封隔器研制与应用
）①楔入式钢骨架胶筒封隔器研制与应用王立勋（大庆油田有限责任公司第五采油厂，黑龙江大庆163513）①为了适应油田多级精细注水的需要，研制了楔入式钢骨架胶筒封隔器。该封隔器胶筒内部采用钢骨架结构，外部挂胶，坐封时利用锥形刚体插头楔入钢骨架胶筒中，撑开胶筒贴在套管壁上进行密封。解封时油套环空高压液体推动插头和外筒接头，使插头退出胶筒，也可在作业时上提管柱逐级解封。该封隔器具有注水坐封、反洗井解封、大排量洗井、重复坐解封等特点。该封隔器现场应用4口井，应用效果
石油矿场机械 2014年11期2014-06-05
- 油气管道球状双封封堵器胶筒端面斜角优选
用下，压缩式密封胶筒在轴向压缩变形的同时径向膨胀变形，胶筒外表面与管道内壁接触，从而封隔封堵器与管道之间的环空，以实现封堵管道的功能。胶筒的几何参数对胶筒系统的密封性能影响很大。在胶筒实际压缩过程中，端面斜角处最容易出现橡胶畸变及压溃的情况，直接影响胶筒的密封质量［3］。封堵器的密封性能与胶筒和管道之间的接触压力状态密切相关，可以通过密封胶筒与管道的最大接触压力的大小及接触压力大于管道内压的有效接触区域长度的大小来评价。密封胶筒的最大接触压力越大，胶筒系统
石油矿场机械 2014年5期2014-05-04
- 压裂酸化封隔器胶筒结构密封性能分析与优化*
封隔器主要元件是胶筒，它在很大程度上影响甚至决定着封隔器系统井下工作的成败。国内外很多学者从多个方面对封隔器胶筒密封性能进行了研究［2－5］。目前国内外文献对胶筒密封性能的分析仅是通过接触压强或者接触力来判断，而胶筒对套管或者裸眼井壁的密封性能不仅与接触压力有关，而且与接触面积紧密相关。因此，通过对封隔器密封结构工作原理分析，提出了考虑接触压力与面积的封隔器密封性能评价方法，并针对某压裂酸化用Y344型封隔器进行了胶筒结构密封性能分析与优化。1 封隔器密封
机械研究与应用 2014年3期2014-03-27
- 压缩式封隔器胶筒坐封过程数值分析
50压缩式封隔器胶筒坐封过程数值分析徐冠军1雷金晶2冯定3后鑫41.中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院机械采油研究所 湖北武汉 430000 2.中原油田普光分公司开发管理部 四川宣汉 636150 3.荆州市长江大学机械工程学院 湖北荆州 434023 4.中原油田普光分公司采气厂 四川宣汉 636150本文介绍了压缩式封隔器密封的工作原理，总结国内井下封隔工具的应用现状，指出封隔器研究的发展方向；在此基础上研究了有限元分析的基本理论和模型参数的确定方
决策与信息 2014年24期2014-03-13
- 封隔器胶筒结构改进及优势分析
580）①封隔器胶筒是通过轴向压缩力紧贴在封隔器套管壁上起密封作用，其密封性能直接制约使用性能。胶筒与套管接触所产生的接触应力是胶筒承受工作压差的必要条件［1］。胶筒的形状优化设计影响着其密封性能［2］，是设计者密切关注的问题。不少学者已经对其实物的力学试验［3］、有限元数值模拟［4］、封隔器与管柱之间的力学关系［5］等进行了大量研究，对封隔器的结构优化以及接触应力的分布关系得出了初步的结论［6］。研究接触应力与胶筒外形及结构参数之间的关系，对理论上认清胶
石油矿场机械 2013年1期2013-09-07
- 遇水自膨胀封隔器密封性能研究与防突结构设计
大，体积膨胀后的胶筒通过与井壁的压实作用达到密封环空的目的［1－3］。相对于压缩式和水力扩张式裸眼封隔器，自膨胀封隔器结构简单、施工下入方便、可靠性高，能有效降低作业成本，提高完井效率。自膨胀胶筒与套管、井壁之间的接触应力是胶筒承受工作压差的必要条件，在橡胶和地层强度允许的条件下，接触应力越大密封性越好。在验封过程中，由于两端压差的作用，膨胀后的胶筒末端会承受与金属端环的挤压力，存在破坏失效风险。本文利用ABAQUS有限元分析软件，模拟胀封过程中和胀封后胶
石油矿场机械 2013年9期2013-09-07
- 封隔器的虚拟样机设计与仿真分析*
内目前对于封隔器胶筒组合的有限元分析主要停留在二维模型上，笔者一改以往使用二维有限元模型对胶筒组合进行有限元分析的方法，通过数据接口利用三维动态模型对封隔器进行结构设计、机构仿真及对封隔器密封关键部件——胶筒组合进行有限元分析，并总结出了相关规律，对于使用CAD/CAE集成手段设计和研发封隔器具有指导意义。2 封隔器虚拟样机的模型构建Pro/E软件是基于特征建模的参数化集成系统，其具有的全相关性、尺寸驱动性等优点，为设计封隔器虚拟样机提供了便利。首先根据设
机械研究与应用 2013年1期2013-08-02
- 压缩式封隔器胶筒结构改进及密封性能分析
作性能主要取决于胶筒的密封性能，而胶筒的可靠性受其材质、结构等影响。国内外对胶筒的研究主要集中在结构改进、井下工作性能分析、材料改良、胶筒室内试验研究等方面，取得了一定的成效。但是，由于井下工况的多变性和胶筒力学特性的复杂性，很难得到确切的试验成果。封隔器的胶筒是橡胶材料，属于超弹性材料［1］。本文在前人关于封隔器理论研究的基础上，利用有限元软件ABAQUS来模拟胶筒的变形及接触应力［2］，并对改进型封隔器进行分析，以提高封隔器胶筒的密封性能。1 常规封隔
石油矿场机械 2013年4期2013-07-08
- Y341－114型注水封隔器胶筒与套管摩擦力试验研究
14型注水封隔器胶筒与套管摩擦力试验研究王尊策，管翠翠，温后珍，吕凤霞（东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318）＊目前在细分层注水管柱的力学分析中，封隔器胶筒对套管的摩擦力大多使用估计值或数值模拟分析结果，很少有精确的试验数据，无法适应细分层注水技术对封隔器在井下位置精确计算的要求。设计封隔器胶筒模拟试验装置，对测定胶筒与套管的摩擦力大小具有重要意义。试验结果表明：压力在4～17MPa时，胶筒与套管的摩擦力与轴向加压压力基本呈线性关系；在无
石油矿场机械 2012年7期2012-12-11
- 基于有限元的封隔器密封性能影响因素分析
够合理描述封隔器胶筒受力变形的Yeoh模型，通过试验测得封隔器胶筒材料的应力与应变关系，利用MATLAB计算了Yeoh模型的常数。对封隔器胶筒进行有限元分析，得到胶筒压缩距、肩部“突出”以及接触应力随坐封载荷的增加而增加；胶筒肩部“突出”使最大接触应力的作用区域变小，且由胶筒中部逐渐转移到加载端，造成胶筒与套管的接触应力分布不均匀，使胶筒密封的可靠性降低。通过试验得到坐封力与压缩距的关系，验证了有限元模型的正确性。胶筒；有限元；本构模型；密封封隔器作为油田
石油矿场机械 2012年6期2012-09-18
- 水井封隔器胶筒防掉井装置
水井封隔器胶筒防掉井装置由于压缩式封隔器起出的胶筒受老化和套管接箍刮削的影响,致使胶筒脱离封隔器掉入井底,造成人工井底上升,支撑人工井底的堵水管柱层位出现误差。水井封隔器胶筒防掉井装置在不影响管柱的前提下,在水井作业施工时随管柱下井,二次作业时,在管柱起出过程中将脱落胶筒捕获,达到保护井底的目的。结构原理:此装置由弹性捕捞爪、捕捞钢体、碎胶筒捕捞开窗、筛式中心管组成。弹性外径为118 mm,钢体外径为114 mm。采取结构防掉的原理,在水井作业施工时随管柱
石油石化节能 2012年10期2012-08-15
- 压缩式封隔器密封胶筒有限元分析及改进
压缩式封隔器密封胶筒有限元分析及改进葛 松（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，兰州730070）①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。压缩式封隔器；密封胶筒；有限元分析；改进目前，国内各油田常用的封隔
石油矿场机械 2011年12期2011-12-11