对于封隔器等水下设备,胶筒的密封性能极为重要,而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。在胶筒受到过大的轴向行程时,会出现肩突,从而导致密封失效。为防止出现肩突,文中定义一个新的参数,防肩突变量。在利用有限元软件进行压缩胶筒的仿真过程中,当防肩突变量不小于0时,则胶筒不会发生肩突。文中提出的防肩突变量对橡胶和类似密封件的有限元仿真研究有重要的理论意义。

扩张式封隔器是一种常用封隔器,广泛用于油气开采过程中。为探究扩张式封隔器性能影响因素,建立封隔器有限元数值计算模型,讨论了胶筒长度、厚度、肩部倾角、胶筒座倒角和胶筒与套管间间距对胶筒密封性能和力学性能的影响。分析结果表明:胶筒座倒角为1 mm、胶筒肩部倾角为40°时胶筒应力集中程度最小;胶筒厚度改变对接触压力没有明显影响;胶筒长度变化对胶筒密封性能影响较小,但长度过短会影响胶筒使用性能;在不影响封隔器下入的前提下,可适当减小胶筒与套管间距离,以改善胶筒力学性能。

为使连续管防喷盒密封胶筒满足深井、高压气井等工况的密封需求,基于有限元方法建立胶筒密封模型,以胶筒密封面上的有效接触应力作为密封性能的评估指标,研究胶筒的结构、材料和工况等参数对防喷盒胶筒密封性能的影响,明确防喷盒胶筒密封性能的主控因素。结果表明:井筒介质压力、胶筒硬度、胶筒与连续管的间隙和摩擦系数是影响胶筒密封性能的主要因素,且井筒介质压力增大,防喷盒胶筒的密封性能增强,当胶筒硬度为75,85 HA、间隙为1.5 mm、摩擦系数为0.1时,胶筒的密封效果更好。连续管的运动方向对胶筒的密封性能有影响,连续管的运动速度对胶筒的密封性能基本无影响。

在中国西部油气井钻井过程中,多口超深井出现了严重的套管磨损,在某些特殊情况下,封隔器不得不在套管磨损段进行坐封。为了分析套管磨损段胶筒的力学行为,以单胶筒压缩式封隔器为例,分别建立均匀磨损、月牙磨损和复合磨损3种套管磨损模型,利用数值模拟方法研究了胶筒与3种磨损套管之间的接触压力以及胶筒与中心管的接触状态。分析结果表明:套管均匀磨损时胶筒与套管沿轴向分布的接触压力曲线呈“马鞍状”分布,且接触压力整体减小;套管月牙磨损导致胶筒在磨损位置处接触压力减小明显,在磨损切口两侧边出现明显的应力集中现象;相比套管均匀磨损和月牙磨损,套管复合磨损导致胶筒的接触压力减小最为严重。所得结论可为套管磨损段封隔器的密封性能综合评价提供参考。

针对高含砂井金属柱塞抽油泵存在的磨损问题,设计了一种密封材料为聚醚醚酮的软柱塞抽油泵。利用ANSYS软件对软柱塞抽油泵的关键部件密封胶筒进行了数值模拟,分析在不同压差下的胶筒接触应力和密封性能,研究了不同结构参数对接触应力的影响。结果表明:设计的软柱塞抽油泵具有良好的密封性能;胶筒长度主要影响接触密封段长度,胶筒厚度主要影响胶筒肩部应力,胶筒肩部夹角对密封段长度有一定影响。

胶筒的密封性能对于封隔器等水下设备来说极为重要,而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。一般来说,胶筒的上端与下端受到的约束条件并不相同,并且在密封性能方面,胶筒上端接触压力更大,且胶筒的各个结构参数相互影响。因此建立综合考虑胶筒上端厚度与倒角角度的二维数值模型,以外筒内侧受到的应力为优化目标,引入防肩突变量作为防止肩突发生的约束条件,利用响应面优化方法结合多目标遗传算法,对胶筒的端面厚度和角度进行优化。结果表明:在有限元仿真中,防肩突变量可有效地反映出胶筒在挤压过程中是否出现的肩突情况;在优化过程中加入防肩突变量进行约束,可避免得到产生肩突的胶筒结构参数值。优化得到了胶筒上端厚度比下端厚度大的胶筒截面结构,其密封性能比传统的胶筒截面结构更有优势。提出的不对称胶筒截...

针对某气田“圆柱”型胶筒在使用过程中存在耐温、耐压能力差,在温度或压力较高时,工作寿命短的问题,通过测绘并建立节流器三维装配模型的基础上,分析其结构并提出了改进的“V”型胶筒结构。利用有限元分析软件ANASYS15.0分别建立了“圆柱”型和“V”型胶筒系统的有限元分析模型,对比分析了两种胶筒系统下的最大应力,结果表明“V”型胶筒系统的密封性比“圆柱”型胶筒系统的密封性要好;并分析了“V”型胶筒结构尺寸变化对最大应力的影响。研究为胶筒系统的工业改进应用提供了一定的理论基础。

封隔器是最重要的石油工程井下工具之一,为了提高封隔器的性能,将压缩式胶筒与扩张式胶筒组合成组合式密封封隔器。为了了解组合式封隔器胶筒的密封性能,应用ABAQUS有限元软件对双扩张式组合密封封隔器、扩张-压缩式组合密封封隔器胶筒的应力及胶筒与套管之间的接触压力进行了对比分析。分析结果表明,无论是双扩张式组合密封还是扩张-压缩式组合密封,在15MPa的坐封压力下两个密封胶筒都能与套管有效接触,且组合密封胶筒与套管内壁之间的接触压力值比单个密封胶筒的大,因此组合密封封隔器确实可以提高封隔器的密封及封隔效果。其中扩张-压缩式组合密封的密封压差最高,比单一扩张式封隔器高出50%。应适当加强、加厚双扩张式组合封隔器的下胶筒和扩张-压缩式组合密封封隔器的扩张式胶筒,以提高组合密封封隔器胶筒的工作应力。

针对我国目前油田的开发生产概况以及常用封隔器在使用过程中遇到的问题,提出封隔器国内外调研的重要意义。调研国外封隔器的研究动态,包括国外油田与国内油田的区别,以及国外油田经常使用的封隔器,总结了国内封隔器的研究发展状况,介绍了封隔器新产品的开发及应用,提出一些可行性建议。

进行常温下胶筒的材料力学实验,测试6种胶筒在加载和卸载条件下的变形与回弹,评价胶筒产生密封能力的裕度和提井的难度;进行高温老化后胶筒的性能实验,验证温度条件对胶筒性能的影响,评价胶筒的耐温能力。