扩张式封隔器胶筒密封性能影响因素分析
封隔器胶筒结构改进及有限元分析

橡胶材料在受力过程中常常产生很大的弹性变 形,属于高度非线 性 复 合 材 料,具 有 材 料 非 线 性、几
较大区别。封隔器是油田分层采油工艺中必不可少 何非线性、伸长率大和体积不可压缩等特点,在连续
的井下工具之一,它 已 被 广 泛 地 用 于 完 井、注 水、压 介质力学中用超弹性来表征这种材料特性。此时假
收 稿 日 期 :2018-02-20
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内 蒙 古 石 油 化 工 2018 年 第 2 期
封隔器胶筒结构改进及有限元分析
蔡风涛,刘 迪,赵 帅,滕 强
(威海海洋职业学院,山东 荣成 264300)
摘 要 :封 隔 器 密 封 失 效 主 要 由 胶 筒 损 坏 引 起 ,为 了 提 高 封 隔 器 胶 筒 的 密 封 性 能 ,减 小 肩 部 突 出 ,更 有效地满足生产需要,设计了新型封隔器胶 筒 结 构。 利 用 ANSYS 软 件 对 常 规 和 新 型 封 隔 器 密 封 胶 筒 进行有限元分析计算,得到了胶筒的变形状况和接触应力沿胶筒轴向的分布情况 。结果表明,靠近加载 端的上胶筒所受接触应力最大,起主要密封作用;在相同条件下,对比两 种 结 构 封 隔 器 胶 筒 的 变 形 和 接 触 应 力 ,可 知 新 型 封 隔 器 胶 筒 与 套 管 的 最 大 接 触 应 力 较 大 ,接 触 长 度 较 长 ,且 肩 部 突 出 较 小 。 因 此 ,采 用 新型封隔器胶筒结构可以提高封隔器的密封性能。
from the coal metamorphic degree,structure features,as well as the roof and floor lithologic characters. The authors have found that the high metamorphic degree of coal,coal seam buried depth has a close rela- tion between gas content,and the gas content is obviously controlled by burial depth;Coal seam or threat- ening the CBM plugging effect is obvious,Thrust fault development,favorable to coalbed gas preserva-
自膨胀封隔器密封性能影响因素分析

Ana l y s i s o f t h e Fa c t o r s I n lue f n c i ng t he S e a l i n g Pe r f o r ma nc e o f S we l l pa c k e r
L u o We i F u J i a n h o n g Ya n g L a n t i a n Z h 0 u We i
s e a l i ng p e r f o r ma n c e o f d o wn h o l e pa c k e r r u b be r . Th e in f i t e e l e me n t s o f t wa r e wa s u s e d t o a n a l y z e p a c k e r r ub b e r h a r d— n e s s.we l l wa l l f r i c t i o n c o e ic f i e n t a s we l l a s t h e e f f e c t s o f wo r k i n g p r e s s u r e o n t he c o n t a c t p r e s s u r e b e t we e n t he YZF 5 ”×2 0 3×3 00 0 s we l l p a c k e r a nd we l l wa l 1 a n d o n ub r b e r s t r e s s . Th e a n a l y s i s s h o ws t h a t wi t h t h e i n c r e a s e o f
X u Ch a 0
( 1 . S t a t e K e y L a b o r a t o r y o fG e o l o g y a n d D e v e l o p m e n t E n g i n e e r i n g , S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y 2 . S I NO P E C N o r t h w e s t O i ie f l l d C o m p a n y 3 . G r e a t w a l l D r i l l i n g a n d E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n , C N P C )
压裂酸化封隔器胶筒结构密封性能分析与优化

压裂酸化封隔器胶筒结构密封性能分析与优化杨春雷;费根胜;杨立【摘要】封隔器是压裂酸化过程中的重要工具之一,而胶筒是封隔器的核心零部件,胶筒的好坏直接决定了封隔器的工作性能。
针对压裂酸化用某Y344型封隔器利用有限元技术开展密封结构性能分析与优化研究,获得了胶筒对套管的接触压力分布规律,考虑接触压力与面积两个因素建立了结构密封性能评价方法,分析了胶筒长度与组数变化对密封性能的影响,为封隔器产品开发与使用提供了理论基础。
%The packer is one of the most important tools in the process of fracture acidizing, and rubber barrel is the core com-ponent of the packer , the performance of rubber barrel directly determines the working performance ofthe packer .The packer-type is Y344 and is used in the fracture acidizing of the oil-gas reservoir.The author carries out rubber barrel′s sealing per-formance analysis and optimization research through the finite element method, the distributing law of contact pressure both rubber barrel and casing pipe is obtained, the structure′s sealing performance evaluation method is established on the base of considering contact pressure and contact area, the impact of rubber barrel length and packer group numbers change is ana-lyzed, which provides theoretical basis of packer′s development a nd use.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P30-32,44)【关键词】封隔器;胶筒;密封性能;结构优化【作者】杨春雷;费根胜;杨立【作者单位】江汉石油钻头股份有限公司技术中心,湖北武汉 430223;武汉亚得科技有限公司,湖北武汉 430070;西南油气田分公司川中油气矿,四川遂宁629000【正文语种】中文【中图分类】TE910 引言封隔器作为一个关键井下工具,广泛应用于油气井的压裂、酸化、挤注和试压等施工作业中,通过封隔油管与套管或者裸眼井壁之间的环形空间来实现各种封堵作业的要求[1]。
扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价

2021年5月第36卷第3期西安石油大学学报(自然科学版)JournalofXi′anShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)May2021Vol.36No.3收稿日期:2020 04 13基金项目:国家自然科学基金资助项目(51804044)第一作者:彭冲(1995 ),男,硕士研究生,研究方向:油气田开发。
E mail:753712629@qq.com通讯作者:欧阳传湘(1964 ),男,教授,研究方向:油气藏开发及相关方向。
E mail:185867671@qq.comDOI:10.3969/j.issn.1673 064X.2021.03.013中图分类号:TE375文章编号:1673 064X(2021)03 0090 07文献标识码:A扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价彭冲,欧阳传湘,谭钲扬,陈洲亮(长江大学石油工程学院,湖北武汉430100)摘要:以K344-114型扩张式封隔器为研究对象,基于橡胶材料的Mooney Rivlin本构模型,运用有限元分析方法按照封隔器坐封过程和坐封后两种工况,对封隔器的非线性接触力学行为进行了模拟研究,分析了坐封过程中施加载荷与轴向压缩距的关系以及坐封后的强度、接触应力和摩擦力校核。
分析结果表明:在封隔器坐封过程中,中胶筒首先与套管发生接触,当压差达到一定值时胶筒扩张到与套管接触,封隔器完成坐封;坐封后胶筒的应力集中于胶筒的肩部;胶筒与套管之间的摩擦力、接触应力均能满足分层注水工艺设计要求,能够有效封隔15MPa的层间压差。
关键词:扩张式封隔器;坐封;胶筒;接触应力;有限元EvaluationofContactMechanicalBehaviorandSettingEffectofExpandablePackerPENGChong,OUYANGChuanxiang,TANZhengyang,CHENZhouliang(CollegeofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China)Abstract:BasedonMooney Rivlinconstitutivemodelofrubbermaterial,thenonlinearcontactmechanicalbehaviorofK344 114ex pandablepackerwassimulatedbyusingfiniteelementmethod.Therelationshipbetweenappliedloadandaxialcompressiondistanceoftheexpandablepackerintheprocessofsettingisanalyzed,andthestrength,contactstressandfrictionaftersettingarechecked.There sultsshowthat:inthesettingprocessofpacker,themiddlerubbertubefirstcontactswiththecasing,whenthepressuredifferencerea chesacertainvalue,therubbercylinderexpandstocontactwiththecasing,andthepackercompletesthesetting;Aftersetting,thestressoftherubbercylinderisconcentratedontheshoulderoftherubbercylinder;thefrictionforceandcontactstressbetweentherub bercylinderandthecasingcanmeetthedesignrequirementsoflayeringwaterinjectionprocess,andtheinterlayerpressuredifferenceof15MPacanbeeffectivelysealed.Keywords:expandablepacker;setting;rubbercylinder;contactstress;finiteelement彭冲,欧阳传湘,谭钲扬,等.扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价[J].西安石油大学学报(自然科学版),2021,36(3):90 96,104.PENGChong,OUYANGChuanxiang,TANZhengyang,etal.Evaluationofcontactmechanicalbehaviorandsettingeffectofexpandablepacker[J].JournalofXi'anShiyouUniversity(NaturalScienceEdition),2021,36(3):90 96,104.彭冲等:扩张式封隔器接触力学行为及坐封效果评价引 言封隔器广泛应用于油田现场施工作业,具有操作方便,成本相对低廉,并且能满足多种工艺要求的特点。
封隔器胶筒结构改进及优势分析

封隔器胶筒结构改进及优势分析摘要:青海油田井采油一厂注水井用封隔器的关键部件为弹性密封元件(胶筒),其结构影响到封隔器的密封性能。
由于传统的封隔器结构为三胶筒,结构复杂,对胶筒结构进行改进,在不改变胶筒数量的基础上,增加了1层紫铜包络层。
采用非线性有限元分析方法,对传统胶筒结构和改进型胶筒结构的对比分析发现:改进型结构上胶筒起主要密封作用,解决了封隔器在座封时胶皮上翻的现象,接触应力比传统胶筒结构有明显提高,验证了改进型结构的可行性。
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。
胶筒的形状优化设计影响着其密封性能,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、有限元数值模拟、封隔器与管柱之间的力学关系等进行了大量研究,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。
研究接触应力与胶筒外形及结构参数之间的关系,对理论上认清胶筒的密封机理和胶筒密封的可靠性具有重要意义。
关键词:封隔器胶筒结构改进及优势分析1 有限元模型的建立常用的封隔器上串有3个胶筒,分为上、中、下3个胶筒结构尺寸相同和上下胶筒为长胶筒、中胶筒为短胶筒2种结构形式。
通过对传统三胶筒结构的研究发现,起主要密封作用的是上胶筒,解决封隔器在座封时胶皮上翻的现象,笔者对传统三胶筒结构进行改造,现对胶筒结构进行改进,在上胶筒上方和下胶桶下方各增加了1层紫铜包络层,由于封隔器的本体和胶筒为柱和筒结构形式,利用轴对称条件对其简化,胶筒的结构和有限元网格划分如图1所示。
上、中、下3个胶筒长度均为50mm,橡胶材料,外层包络1层紫铜,紫铜厚度为2mm,胶筒采用50°倾角,直边长8mm,斜边长11mm,直边与斜边比为0.73。
封隔器在进行有限元分析时,有3种不同性能的材料:胶筒为橡胶材料,属高度非线性复合材料;外包络紫铜;隔环、中心管、套管为金属材料。
影响密封性能的几大因素

影响密封性能的几大因素活塞上一般必须装支承环,以保证油缸能承受较大的负载。
密封件和支承环起完全不同的作用,密封件不能代替支承环负载。
有侧向力的液压缸,必须加承载能力较强的支承环(重载时可用金属环),以防油封在偏心的条件下工作引起泄露和异样磨损。
6.液压冲击产生液压冲击的因素很多,如挖掘机挖斗突然碰到石头,吊机起吊或放下重物的瞬间。
除外在因素外,对于高压大流量液压系统,执行元件(液压缸或液压马达等)换向时,如果换向阀性能不太好,很容易产生液压冲击。
液压冲击产生的瞬间高压可能是系统工作压力的几倍,这样高的压力在极短时间内会将油封撕裂或将其局部挤入间隙之内,造成严重损坏。
一般有液压冲击的油缸应在活塞杆上安装缓冲环和挡圈。
缓冲环装在油封的前面吸收大部分冲击压力,挡圈防止油封在高压下挤入间隙,油缸设计、加工、安装注意事项1.油缸的加工精度实验证明,与油封接触的运动工作表面,表面粗糙度Ra超过0.8um时,油封的泄露量和磨损值将直线上升,故建议运动工作表面粗糙度为Ra0.1~0.8um。
为保证聚氨脂油封或橡塑的密封性能,应绝对避免在装配过程中损伤密封件。
2.缸筒材质:一般为碳钢,低压系统及摩擦条件较好的场合可用铝合金、青铜、不锈钢等。
内表面质量及粗糙度:内表面一般都需珩磨、抛光或滚压,要求达到Ra0.1~0.8um的粗糙度,且不得有纵横向刀纹。
3.活塞杆材质:一般为碳钢、镀铬钢,低压系统及摩擦条件较好的场合可用铝合金、青铜、不锈钢等。
表面质量及粗糙度:要求粗糙度为Ra0.2~0.4um,热处理后表面镀硬铬。
工程机械用液压缸的活塞杆有可能被砂石划伤,要求其表面硬度在HRC60以上。
4.油封安装沟槽结构形式:可分为整体式沟槽和分体式沟槽。
活塞杆密封沟槽快速导航关于我们相关证书人才招聘公司环境办公环境活塞杆密封活塞密封防尘封旋转密封导向环(带、套)开式沟槽闭式沟槽活塞密封沟槽开式沟槽闭式沟槽???????? 采用哪种沟槽形式决定于油封截面大小、液压缸结构要求和装拆的方便性。
井下封隔器的密封性能研究

井下封隔器的密封性能研究随着油田的不断开发,油田的勘探逐渐走向高温高压和深层油田开发方向,为了能够提高开采效率和这样复杂的开采环境,需要对井下封隔器进行不断创新和完善,因此井下封隔器逐渐向性能更高的方向发展,井下封隔器的密封性能非常关键,因此对井下封隔器的密封性能进行分析是非常重要的研究内容,随着新技术的不断发展,井下封隔器密封性能要求越来越高。
标签:井下封隔器;密封性能;研究随着石油资源的不断开采,能源危机已经成为世界各国所面临的一项重大挑战,社会经济的发展离不开能源的支持,石油资源是非常重要的能源,因此不断增加石油产量,降低油田开采成本一直是油田企业所研究的重点内容,近年来我国不断学习国外的先进技术并结合我国石油资源的实际情况,不断完善我国的开采技术,随着开采技术的不断进步,我国石油资源的开采量也在增加。
封隔器在石油开采过程中是非常重要的井下工具,封隔器主要应用于注水井、水平井以及分层采油等工艺中。
封隔器的密封性能是非常重要的评价标准,因此,随着油田开发深度的不断增加,对封隔器的密封性能要求也在不断提升,只有不断提高工艺要求和密封性能才能够满足油田开发需求。
1封隔器的分类世界各国对封隔器的研制有很多种类型,其中按密封方式主要可以分为以下几种:(1)自封式。
自封式封隔器的原理是依靠密封件外径与套管内径之间的压差来实现密封效果。
(2)压缩式。
压缩式封隔器的原理是依靠轴向力对封隔器进行压缩,从而使密封件外径增大实现密封效果。
(3)扩张式。
扩张式封隔器的原理是依靠封隔器内腔,使密封件外径增大从而实现密封效果。
(4)组合式。
通过利用自封式,压缩式和扩张式封隔器进行有效组合,从而实现密封效果。
2封隔器密封性能的力学性能分析2.1封隔器密封胶筒的工作状态及密封原理封隔器在工作过程中一般分为初封、密封和解封三个状态,因此胶筒在工作过程中,主要有自由变形、约束变形和稳定变形三个阶段。
自由变形是指胶筒在出风荷载的作用下发生压缩形变,胶筒和套管内壁没有接触并不产生的接触应力时所发生的变形。
超高压扩张式封隔器

超高压扩张式封隔器简介
石油开发、钻井完井的井下施工与完井工艺中,扩张式封隔器在压裂、注水、堵水、验窜、钻井完井等方面是最主要的井下工具。
目前中国国内使用的这类封隔器,主要是以线帘式结构和钢丝式结构为主,在承压、胶筒扩张量上有一定的局限性,而具有高承压与大扩张量的钢片式扩张封隔器,其加工工艺相对复杂,加工成本较高,推广应用受到限制。
尤其在压裂施工中,承压高、外径小、扩张量大、抗疲劳性强的封隔器是保证每一次有效压裂施工的关键。
因此,开发研究了一种新型超高压扩张式封隔器。
为了验证该封隔器的胶筒性能,进行了与线帘式胶筒封隔器、钢丝式胶筒封隔器的对比实验,实验封隔器胶筒外径110mm,套管内径124mm,温度120℃,承载压力以胶筒击穿为上限,残余变形量为实测数值(表1)。
表1 封隔器胶筒性能对比检测结果
通过在封隔器检验中心的对比测试,这种新型复合式扩张式封隔器的性能指标远远高于线帘式胶筒封隔器与钢丝式胶筒封隔器,该技术代表了扩张式封隔器的发展方向,未来的扩张式封隔器胶筒将全部采用该技术来加工。
目前已经定型的产品型号有3种,同时可以根据用户的要求设计生产加工任何型号的封隔器。
表2 超高压扩张式系列封隔器技术参数。
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扩张式封隔器胶筒密封性能影响因素分析
刘鸣;蒋文杰;郑庭;赵琳;陈涛;张杰
【期刊名称】《四川轻化工大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(35)1
【摘要】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。
【总页数】7页(P67-73)
【作者】刘鸣;蒋文杰;郑庭;赵琳;陈涛;张杰
【作者单位】四川宝石机械钻采设备有限责任公司;西南石油大学机电工程学院;泸州职业技术学院机械工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TB42;TE931
【相关文献】
1.扩张式封隔器胶筒高温密封性能试验装置研制
2.压缩式封隔器胶筒结构改进及密封性能分析
3.水力扩张式封隔器胶筒力学性能有限元分析
4.压缩式封隔器异型胶筒密封性能分析
5.封隔器胶筒密封性能影响因素分析
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