10封隔器胶筒接触应力的数值模拟分析

收稿日期:2002-03-25
作者简介:季公明(1971-),男,山东聊城人,工程师,1993年毕业于石油大学(华东)自动化专业,现从事采油工艺研究工作。

文章编号:1001-3482(2002)05-0046-02
封隔器胶筒接触应力的数值模拟分析
季公明1,周先军2,
厶
贝
平利2
(1.胜利油田有限公司采油工艺研究院,山东东营257000;2.石油大学(华东)机电工程学院,山东东营257061)
摘要:利用ANSYS 软件对封隔器胶筒的接触应力进行了数值模拟计算,通过计算分析得到了接触应力沿胶筒轴
向的分布情况。

计算表明,此种封隔器可承受40MPa 的密封压差,接触应力的最大区域位于端部胶筒与中段工作胶筒的接触部位,高温持久试验也证明其可以满足工作要求。

关键词:封隔器;接触应力;有限元法。

中图分类号:TE9311203 文献标识码:A
Numerical simulated analysis of the contact stress on the sealing rubber of the packer
JI Gong -ming 1,Z HOU Xian -jun 2,YUN Ping -li 2
(1.Oil Extraction Technology Resea r ch I nstitute ,Shengli Oil Filed Corporation,Dongying 257000,China;
2.Mechatronic Engineering College,University o f Petroleum(H ua don g ),257061,China)
Abstract:The contact stress on the sealing rubber of the pac ker is calculated with ANSYS software in this paper.
Through analysis and calculation,the contac t stress distribution along the axis of the sealing rubber is found out.The ca-l culation indicates that this kind of packer can bear 40MPa pressure differential and the max contact stress lies in the con -tact position between the two end sealing rubbers and the middle one.In addition,the high temperature duration running proves that this kind of packer can meet the working conditions.Key words:packer;contact stress;finite -element method 封隔器是油田采油工艺中重要井下工具之一,它位于油管和套管之间。

当封隔器胶筒承受轴向载荷时,封隔器胶筒将产生径向大变形,使胶筒与套管之间产生接触压力,藉此封隔环空,隔绝产层,以控制产(注)液,保护套管。

因此,研究胶筒与套管内壁之间接触压力,这对研究封隔器胶筒的密封机理,研究轴向载荷、密封压力与接触压力之间的关系,优化高温封隔器的设计有重要的意义。

因为封隔器胶筒属于大变形超弹问题,国内主要利用室内的模拟试验来研究,本文利用ANSYS 软件对高压封隔器胶筒与石油套管内壁接触压力大小和分布规律进行了计算研究。

该软件由开始平台和处理器平台组成,软件分析工作可分成3个阶段,即,预处理阶段,定义求解所需的数据,用户可选择坐标系和单元类型,定义实常数和材料特性,生成实体模型并划分网络,控制节点和单元以及定义耦合和约束方程等;求解阶段,用于定义分析类型及选项、加载和求解;后处理阶段,在程序的这一部分,用户可很容易地获得求解
阶段的计算结果并对其进行运算,这些结果包括位移、应力、应变、温度和速度等,然后通过图形显示和数据列表输出评价分析结果。

1 基本理论与计算模型的建立
1.1 超弹基本理论
封隔器胶筒采用丁腈橡胶,泊松比为0.48,超弹材料,其弹性势能函数是一个应变或变形张量的标量函数,该标量函数对应变分量的导数就是相应
的应力分量,即[S ]=5W
5[E]
,式中,[S ]为第二皮奥
拉)克希霍夫应力张量;W 为单位体积的应变能函数;[E ]为拉格朗日应变张量,[E ]=([C]-I )/2,其中,I 为单位矩阵;[C ]为柯西)格林应变张量,[C]=[F]T
#[F ],其中,[F ]为变形梯度张量,[F ]=
5x
5X ,x 为变形后节点位置矢量;X 为初始节点位置矢量。

2002年第31卷石油矿场机械
第5期第46页 OIL FIELD EQUIPMENT 2002,31(5):46~47
根据应变不变量得Mooney )RivLin 应变能密度函数为
W =A 10(I 1-3)+A 01(I 2-3),
式中,A 10,A 01为材料常数,这2个参数需通过单轴拉
伸、单轴压缩和剪切试验测定数据并通过计算得到。

1.2 计算模型
高压封隔器的几何模型如图1,由两端部胶筒和工作胶筒组成。

胶筒与套管内壁的距离为5mm,H =146mm,套筒封隔器模型属于轴对称模型。

封隔器胶筒材料为超弹材料橡胶,选用HYPE R56超弹单元;三段胶筒之间以及胶筒与套管之间考虑接触以及相互之间的摩擦,选用C ONTAC48接触单元;因材料参数原因,
计算时没有考虑温度问题。

图1 封隔器胶筒接触应力计算模型
1.3
载荷与约束
图2 封隔器坐封胶筒位移量
根据封隔器的工作原理,第一步实现坐封,坐封力为7@103~11@103kg;第二步承受工作压差,设计要求能够承受40MPa 的密封压差。

由于该封隔器采取了防突措施,因此,可认为不会产生肩突现象,两端部胶筒的y 向位移为零,工作载荷从上端施加。

2 计算结果分析
2.1 封隔器坐封
当施加10@103kg 的坐封力时,胶筒的位移变形如图2,由图可知,胶筒径向位移达5mm,与套管完全接触,实现坐封。

2.2 压差作用下的接触应力分布
该高压封隔器设计要求能够密封40MPa 的压差,载荷由胶筒上端面施加。

以胶筒轴线为横坐标,
胶筒与套管的接触应力为纵坐标,胶筒下端为坐标
原点,得到其接触应力分布如图3。

与未压缩前相比,胶筒轴向变形38mm,承压端胶筒的接触应力较大,最大应力A 点处为35MPa 。

接触应力的最大区域位于端部胶筒与中段工作胶筒的接触部位,即图1中A 、B 点所处的区域。

图3 接触应力分布图
3 高温持久试验
试验时,将封隔器装入试验台套管内,利用液压推力器坐封封隔器,高压泵向密封腔内加高压液体,待压力达到设计要求后,停泵,接通电源,调节温控仪,加热密封腔内的高温油,待温度达到设计值时,继电器自动断开电源,试验装置保持温度。

封隔器的高温持久试验结果如图4,根据试验
结果可知此种封隔器可满足设计要求,但随着温度和压力的升高,长时间维持压力稳定存在一定困难。

图4 高温持久试验
4 结论
封隔器的数值模拟计算表明,可密封40MPa 的压差,接触应力的最大值区域位于端部胶筒与中段工作胶筒的接触部位,高温持久试验也表明此种封隔器可以达到设计要求。

#
47#季公明,等:封隔器胶筒接触应力的数值模拟分析。

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不同壁厚Φ139.7mm套管对封隔器胶筒接触应力的影响

不同壁厚Φ139.7mm套管对封隔器胶筒接触应力的影响张福涛【摘要】封隔器是油田分层开采工艺中必不可少的井下工具之一,其密封性能主要取决于胶筒与套管间的接触应力.而在油田生产中,不同壁厚的套管并没有与之相对应的井下工具,对于压裂井来说,井壁相差1mm,其对封隔器胶筒的密封作用有很大的影响.本文利用数值模拟软件分析不同壁厚的Φ139.7mm套管在载荷作用下封隔器胶筒与套管接触应力的变化,结果表明,随着坐封压力的增加,胶筒与套管之间的接触应力均呈上升趋势；套管内径越小,即封隔器胶筒与套管间隙越小,其密封效果越好.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2013(039)009【总页数】3页(P37-39)【关键词】胶筒;套管壁厚;接触应力;有限元分析【作者】张福涛【作者单位】胜利油田分公司采油院浅海所,山东东营257000【正文语种】中文【中图分类】TE931+.21 概述封隔器是油田分层采油工艺中重要的工具,其种类繁多,而在坐封方式上以压缩式为主[1]。

封隔器的关键部件是具有弹性性能的胶筒,当胶筒承受轴向压缩载荷时,其产生轴向压缩变形和径向膨胀,使胶筒与套管之间产生接触应力,并藉此封隔环空,隔绝产层,达到分注的目的[2～3]。

因此,研究胶筒与套管内壁之间的接触应力对研究封隔器胶筒的密封机制、优化封隔器的设计有重要意义。

本文利用数值模拟软件对不同壁厚的套管模型进行了模拟,分析封隔器胶筒与套管接触应力的变化规律以及套管壁厚对接触应力的影响,为优化封隔器结构提供理论基础。

2 封隔器的基本结构及工作原理图1 封隔器基本结构1.上接头;2.放松销钉;3.调节环;4.胶筒;5.垫片;6.中心管;7.下压环;8.“ 0”盘根;9.“0”型盘根 ;10.剪钉;11.接头;12.下接头封隔器在工作过程中一般分为坐封、密封和解封三种工况。

本文主要针对压缩式封隔器,故此处以Y111-115封隔器为例,其基本结构如图1所示。

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
６４
＊
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。
ｆｒｏｍｔｈｅｃｏａｌｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｄｅｇｒｅｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｅａｔｕｒｅｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｒｏｏｆａｎｄｆｌｏｏｒｌｉｔｈｏｌｏｇｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｓ．Ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｈａｖｅｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｈｉｇｈｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏａｌ，ｃｏａｌｓｅａｍｂｕｒｉｅｄｄｅｐｔｈｈａｓａｃｌｏｓｅｒｅｌａ－ｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｇａｓｃｏｎｔｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｇａｓｃｏｎｔｅｎｔｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｂｕｒｉａｌｄｅｐｔｈ；Ｃｏａｌｓｅａｍｏｒｔｈｒｅａｔ－ｅｎｉｎｇｔｈｅＣＢＭｐｌｕｇｇｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｏｂｖｉｏｕｓ，Ｔｈｒｕｓｔｆａｕｌｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｆａｖｏｒａｂｌｅｔｏｃｏａｌｂｅｄｇａｓｐｒｅｓｅｒｖａ－

封隔器胶筒接触应力分布有限元计算

式中：一第二皮奥拉一克希霍夫应力张量；［］
一
单位体积的应变能函数；
［一拉格朗日应变张量。Ｅ］
拉格朗日应变可以由下式表达：
［＝１２［］）Ｅ］／（ｃ一，
其中：－单位矩阵；，一＿
摘要：利用ＡＳＳ软件对３种封隔器胶筒的接触应力进行了有限元计算，到了接触应力沿胶简轴向的分ＮＹ得布情况。比较不同结构封隔器胶筒在相同条件下的接触应力分布，知新型封隔器胶筒在高压下接触应力分布更可为均匀合理，有较好的应用前景。具
收稿日期：２０ —１０１２—１；修回日期：２Ｏ４ —１１Ｏ２—０２
部胶筒采用肩部硫化弹簧 “ 突 ” 新型胶筒也由三防；
段胶筒组成，上下胶筒分别采用了楔形的金属块但结构。封隔器胶筒可采用轴对称模型简化，隔器封
根据应变不变量写出来的两常数的Ｍｏｅ— ｏｎｖＲｖｉｉＬｎ应变能密度函数＿如下：２Ｊ
Ｗ＝口１（１）＋。ｌ， —３０， —３０（２）
ａ０ａ，材料常数，２个参数需要通过单轴，，０为这
ｒ］一旦ｃ
一
ａ『Ｅ］
荷时，隔器胶筒将产生径向大变形，胶筒与套管封使

过电缆封隔器胶筒耐压试验及接触应力测试

— １０６ —
石油机械
ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
２０１６年第４４卷第６期
◀油气田开发工程▶
过电缆封隔器胶筒耐压试验及接触应力测试
李英松１钟卫平２边杰１崔光宇２周先军２
（１中海油田服务股份有限公司完井中心２中国石油大学（华东）机电工程学院）
ｂｌｅｅｄｈｏｌｅＴｈｅｓｔｕｄｙｒｅｓｕｌｔｓｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓａｆｅｕｓｅｏｆｃａｂｌｅ⁃ｔｈｒｏｕｇｈｐａｃｋｅｒ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｃｋｅｒｒｕｂｂｅｒ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｔｅｓｔ；ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓ；ｒｕｂｂｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎ
摘要：为了研究过电缆封隔器胶筒密封性能，设计加工了胶筒高温耐压试验装置。对带弹簧
防突单胶筒、带弹簧防突双胶筒、带弹簧防突三胶筒和带放气孔双胶筒进行常温、６０和１２０ ℃ 高
温下耐压试验，试验中采用电测法测定胶筒套管间接触应力，并获得了接触应力沿套管轴向的分
布规律。通过分析４种胶筒结构峰值接触应力与接触应力沿接触长度的积分值，优选出带弹簧防
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｔｕｄｙｃａｂｌｅ⁃ｔｈｒｏｕｇｈｐａｃｋｅｒｒｕｂｂｅｒ’ ｓｓｅａｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓ⁃
ｓｕｒｅｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅｆｏｒｐａｃｋｅｒｒｕｂｂｅｒｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄＵｎｄｅｒｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，６０℃ ａｎｄ１２０℃ ，
器胶筒的密封性能对于封隔器实现油井分层采油、

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【摘要】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.%Aiming at the failure existing in compressed rubber seal packing,the analysis and comparison have been made at the condition of seat load and contact stress for the conventional and improved packing to increase security, stability and reliability during tripping down. The result showed that the improved packing,with compressed rubber seal packing,could hold higher pressure and the security was greatly increased during tripping down to meet the requirement of onsite operation.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2011(040)012【总页数】4页(P92-95)【关键词】压缩式封隔器;密封胶筒;有限元分析;改进【作者】葛松【作者单位】甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TE931.2目前，国内各油田常用的封隔器主要有扩张式和压缩式2种类型，且型号很多，结构繁杂。

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］。

封隔器胶筒接触应力的数值模拟分析

移、力、变、度和速度等，后通过图形显示和应应温然数据列表输出评价分析结果。
之间产生接触压力，此封隔环空，绝产层，控藉隔以制产（），护套管。因此，究胶筒与套管内壁注液保研
Ｊｏｇｍｉｇ，ＨＯＵＸｉｎｊｎ，ＩＧｎ — ｎ ‘ Ｚａ —ｕＹＵＮＰｎ —ｉｉｇｌ
（．ｉＥｔｃｉｎＴｃｎｌｙＲｅｅｒｈ，１Ｏｌｘｒｔｅｈｏｏｓａｃｍｍｅ，ＳｅｇｉＯｉＦｌｄＣｒｏａｉｎ，ｎｙｎ５００，ｈｎａｏｇｈｎｌｌｉｏｐｒｔｅｏＤｏｇｉｇ２７０Ｃｉａ；
之间接触压力，对研究封隔器胶筒的密封机理，这研究轴向载荷、密封压力与接触压力之间的关系，化优
季公明，周先军。负平利
（．利油田有限公司采油工艺研究院，山东东营２７０；石油大学（东）机电工程学院，山东东营２７６）１胜５００２．华５０１
摘要：利用ＡＳＳ件对封隔器胶筒的接触应力进行了数值模拟计算，过计算分析得到了接触应力沿胶筒轴ＮＹ软通
Байду номын сангаас
中图分类号：Ｔ９１２３Ｅ３．０
文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｉａｉｕａｅｎｌｓｓｏｈｏａｃｔｅｓｏｔｅｌｕｂｒｏｈｅｐｃｒｒｃｌｓｍｌｔｄａａｙｉｆｔｅｃｎｔｔｓｒｓｎｈｅｓａｉｎｇｒｂｅｆｔａｋｅ

封隔器胶筒结构改进及优势分析

ｅ
改进型封隔器工作压力为２５ＭＰａ时，上胶筒的最大接触应力超过２０ＭＰａ，而常规的封隔器在相同的条件下，接触应力≤１４ＭＰａ；工作压力为３０ＭＰａ时，常规封隔器只有１８ＭＰａ的接触应力，而改进型封隔器的接触应力可以达到２５ＭＰａ，因此改进型封隔器有一定的可行性。３．３不等长双胶简封隔器的设计分析对于改进型的双胶筒的封隔器，当２个胶筒不等长，上胶筒采用原设计长度８０ｍｍ，下胶筒采用
１６３．ｃｏｍ。
万方数据
第４２卷第ｌ期
张辛，等：封隔器胶筒结构改进及优势分析
胶筒密封的可靠性具有重要意义Ｈ。８］。笔者对常用的封隔器胶筒的结构进行了改进，把三胶筒结构简化为双胶筒，对工作过程进行有限元分析，对其受力过程中接触应力的变化［９１和分布规律进行了详细研究，并与常规结构进行比较分析，结果表明改进型结构具有显著的优势。
７０
ｍｍ。施加工作压力５、１０、１５、１６ＭＰａ时，胶筒
爵臣日匮Ｉ辱｜吐蹲睦
驼∞晒㈨臻骋¨昵Ｈ硝卯跖们
应力云图如图５所示。由图５可知：所设计的这种封隔器最多只能承受１６ＭＰａ的轴向力，没有等长度胶筒所承受的力大，但却比其压缩得好。在１０ＭＰａ的轴向力下．上胶筒已经完全压实，到１时，下胶筒基本已经压实。
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ａ
ｃｏｎｔａｉｎｓ
ｔｈｒｅｅｅｌｅ
ｗａｓｔｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｃｏｍｐｌｅｘａｓｓｅｍｂｌｙ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｉｓｉｓｓｕｅ，ｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｓ
ｈａｓｂｅｅｎｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｐａｃｋｅｒｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｒｕｂｂｅｒｌａｙｉｎｇｒｅｄｃｏｐｐｅｒ．Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐａｃｋｅｒｅｌｅｍｅｎｔｓ

基于ANSYS的封隔器接触应力分析及结构优化

【摘
要】封隔器是油田采油中重要的井下２具之一。封隔器的工作好坏，－密封是关键。胶筒与套
管之间的接触应力的大小．以直接反应出封隔器的密封能力，触应力越大，堵压差的能力就越可接封
高，密封效果最好。采用非线性有限元分析方法，对封隔器胶筒与套管之间的接触应力进行研究，对并
ｐｃｅａｉｆｃｈｅｔｈｎｔｅｍｎａａｓｅｕｔｏｅｏｔａｔｉｎｓｏｅｒｂｅａｋｒｅｌｇｅｅｔｓｔｅｂｓＴｅｉｌｅｔｎｙｉｒｌｔｐｉｌｈｃｅｓｆｔｕｂｒｓｎｆｉ．ｆｅｅｌｓｓｓｆｈｉｍｋｈｃｍａｅｉｅｇｏｎｘｅｉｅｔｈｗ ’ａ旃厂ｒｅａｉｌａｄｅｅｔｅａｄｈｓｂｔｒｐｌｏｐｒｄｗｔｔｕｄｅｐｒｎｏｓｈｅ＿ｍｒｓｅｓｅｎｆｃｉ，ｎａｅｔｐｉｈｈｒｍｓｔｔ０ｉｆｂｆｖｅａ —
机械设计与制造
２６８文章编号：０１３９（０２１— ２８０１０ — ９７２１）００６～３
Байду номын сангаас
ＭａｈｎｒＤｅｉｎｃｉｅｙｓｇ
＆
Ｍａｕｆｃｕｅｎａｔｒ
第１Ｏ期２１０２年ｌ０月
基于ＡＳＳ的封隔器接触应力ＮＹ分析及结构优化
ｗｒｏｄｏａ，ａｎｅｋｙＴｅｉｈｏｔｔｔｓｂｔｅｎｒｂｅｎｌｅｅｃｎｄｒｃｌｏｋｉｇｏｒｄｓｌｇｉｔｅ．ｈｚｏｅｃｎａｒｓｅｗｅｕｂｒｄｓｖａｉｔｓｂｅｉｓｈｓｅｆｔｃｓｅａｅｅｙｒｅｔｈｅｉｇａｉｔ，ｅｇｅｔｒｈｏｔｔｔｓ，ｅｈｇｅｅａｉｔｌｇｄｆｒｎｉｒｓｕｅｅｃｔｅｓａｎｂｌｙｔｒａｅｃｎａｒｓｔｉｒｈｌｙｔｐｕｉｅｅｔｌｅｓｒ．ｌｆｌｉｈｅｔｃｓｅｈｈｔｂｉｏｆａｐＡｄｐｉｅｎｎ—ｎａｉｆｎｔｅｅｅｔｎｌｉｍｔｏｓａｃｅｃｎａｔｔｓｂｔｅｎｒｂｅｎｔｇｔｏ —ｉｅｒｙｉｌｍｎａａｓｅｈｄｔｒｅｒｈｔｏｔｒｓｅｗｅｂｒｄｏｎｈｌｔｉｅｙｓｏｅｈｃｓｅｕａ

封隔器的密封性判据及结构设计方法研究

发生剪应力破坏。
对于地层压裂破坏来说，地层发生压裂破坏的表征量是地层的抗压强度（用表示），故封隔器与地层的接触压力Ｐ要小于地层的抗压强度ｏ，定义ｒ地层未发生压裂破坏时的最大安全接触压力Ｐ与地，层抗压强度的比值为地层破裂安全系数ｓ则
在以上评判准则的基础上，可以建立以下封隔器的密封性设计依据。
２１封隔器的封隔性．
封隔器的作用主要是保证封隔的上下层位不发生窜流。一般情况下，对于封隔器拟封隔的地层来说，
比值为地层剪应力破坏安全系数．ｓ，则
封隔器下部地层为高压气层时对封隔器的密封性要求更加严格，此时封隔器下方的气窜压力更大。为此假设封隔器下方气窜压力为Ｐ，若封隔器在井下能够
ｂｒｓｒｃｕｅｂｈｕｒｃｉｌｔｎｍｅｈｄａｄｃｎｂｐｌｅｏｄｆｅｅｔｔｐｓｏａｋｒｉｐｏｉｅｈｈｏｅｉａｅｔｔｒｙｔｅｎｍｅｉａｓｍｕａｉｔｏｎａｅａｐｉｄｔｉｒｎｙｅｆｐｃｅ，ｔｒｖｄｓｔｅｔｅｒｔｌｕｌｏｆｃ
裂安全系数ｓ应大于１。其具体取值应根据地层的特性来确定，地层越硬，Ｓ以取值较小，１０可．５～
１１；地层越软，ｓ可以取值较大，１１１２。．５．５— ．５
２２２地层的剪应力破坏．．
（）封隔器胶筒在井下压差作用下不发生应力３
ｃｎｉｅｅａａｔｉｔｅｗｅａｋｒｎｒｔｎ，ｅｓａｉｇｐｏｅｔｎｂｅａｅｙｏａｋｒＴｅｓｃｕｅｄ－ｏｓｄｒｔｄｐａｌｙｂｔｅｎｐｃｅｄｆｍａｉｔｅｌｒｐｒａｄｒｂｒｓｆｔｆｃｅ．ｈｔｔｒｅｓｈｂｉａｏｏｈｎｙｕｐｕｒ

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