高压封隔器坐封后胶筒的几何变形及等效应力分析

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新型高温高压封隔器组合式胶筒结构设计及试验

2021年第50卷第1期第99页2021，50(1)：99-104石油矿场机械OIL FIELD EQUIPMENT文章编号：1001-3482(2021)01-0099-06新型高温高压封隔器组合式胶筒结构设计及试验闫志远，张斌，吴永朝，白元彬，包陈义，唐马勇，李小岭(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452)摘要：针对完井封隔器的胶筒存在耐温、耐压和循环测试可靠性等不足的技术难题，研制了符合API 11D1-V3级别的耐温170 C 、耐压41 MPa 的组合式胶筒。

设计了三胶筒组合的胶筒结构，优先选了胶筒材料，并对关键尺寸进行计算和优化。

建立有限元模型，分析了胶筒的接触应力和密封性能。

按照API 11D1-V3级别进行室内测试，并进行模拟井试验和现场试验。

该组合式胶筒满足高温、高压密封要求。

关键词：封隔器；胶筒；结构；高温；高压中图分类号:TE931. 2文献标识码:A doi ：10. 3969/j. issn. 1001-3482. 2021. 01. 016Structural Design and Test of a New Type of Combined RubberBarrel for High Temperature and High Pressure PackerYAN Zhiyuan,ZHANG Bin,WU Yongzhao,BAI Yuanbin ,BAO Chenyi , TANG Mayong , LI Xiaoling(CNOOCEnr Tech-Drilling&Producton Co . , Tianjin 300452 , China )Abstract :In order to solve the technical problems of temperature resistance, pressure resistanceandcycletestreliabilityoftherubberofcompletionpacker ，acombinedrubberbarrelwithatem-perature resistance of 170 °C and a pressure of 41 MPa that meets the API 11D1-V3 level has been developed Thestructureoftherubberbarrelwasdesigned withthreerubberbarrelcombina- tions , the optimal material was selected , and the key dimensions were calculated and optimized .A finite element model was established to analyze the contact stress and sealing performance of therubberbarrel Inaccordancewith API11D1-V3level ，indoortests ， simulatedwe l testsandfield tests were carried out Thecombinedrubberbarrel meets the high temperature and highpressuresealingrequirementsKeywords :packer ； rubber ； structure ； high temperature ； high pressure 南海西部油田和渤海196油田有约60%油气层的温度超过160 C ，压力超过35 MPa,完井封隔器多使用国外进口产品。

塔河油田套管液压封隔器坐封影响因素研究

油田水中下入，温度效应影响可以忽略不计。
2.1 鼓胀效应
在鼓胀效应的计算过程中，主要考虑管柱内、外平均压力的变化，这里假设平均压力为井口压力与井底压力之和除以 2，则由鼓胀效应所引起的管柱轴向力及长度变化的简化计算公式为：
Fe 0.6Ai ∆Pia 0.6Ao ∆Poa
（1）
∆L
2 Lγ E
AO（模拟量输出点）
压缩机回流阀控制信号压缩机负荷控制信号压缩机出口控制阀控制信号
信号需引至 PLC
DCS 系统
DI（数字量输入点）
电机运行状态信号
结合 PLC 系统、DCS 系统和现场实际情况，我们制定了两种整改方案。
6.4.1 方案一
（1）利用现有主电缆 JB-S-0001、JB-A-0001 的三组备用信号线，分别传输压缩机回流阀控制信号、压缩机负荷控制信号、压缩机出口控制阀控制信号。
（2）DCS 压缩机负荷控制信号通过电缆接进 PLC 盘柜，利用原有 PLC 去电气 MCC 的电缆，传输负荷控制信号。
（3）压缩机入口压力表、压缩机出口压力表以及电机运行状态信号，利用原有 PLC 与 DCS 的通讯传输至 DCS。
方案一的优点是不新增设备，不敷设新的电缆，实施所用的时间较短，但缺点是压缩机入口和出口压力信号是 PLC 通讯至 DCS，通讯是否稳定将影响压缩机的稳定运行。
表3 8井次封隔器坐封管柱受力校验
井号
封隔器型号
启动压力（MPa）
击落球座油套压油压套压（MPa） MPa
启动鼓胀回弹向上解封拉力拉力力合力吨位（T）（T）（T）（T）（T）
TP354H Y541 8 42 15 1.48 6.92 6.48 14.88 14.8

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

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。

常规高压封隔器密封胶筒力学分析

ｋＮ）Ｒｅｕｔｈｏｔａｈｅｕｐｅａｒｌｃｎｂａｇｈｒｐｅｓｒ．Ｔｈａｃａｉｅｕｌｓａｅｉ．ｓｌｓｓｗｈｔｔｐｒｂｒｅａｅｒｈｉｅｒｓｕｅｅｃｌｕｌｔｏｎｒｓｔｒｎａｃｒｎｃｔｈｅｒａｅｕｌｓａｏｖｄｅｔｈｏｅｉａａｉｏｈｅｌｏｐｒｔｏｎｃｏｄａｅｗｉｈｔｅｌｒｓｔｎｄｐｒｉｈｅｔｅｒｔｃｌｂｓｓｆｒｔｅｒａｅａｉ．Ｋｅｒ：ｈｇｈｐｒｓｅ；ｃｅｒｂｅｒｅ；ｃｎｉａｎａｙｓｓｙｗｏｄｓｉｅｓｕｒｐａｋｒ；ｕｂｒｂａｒｌｍｅｈａｃｌａｌｉ
３Ｂｏａ．，．ｈｉＣｏＣＮＯＯＣ，ａｊｎ３０５，ｉａ）Ｔｉｎｉ０４２Ｃｈｎ
Ａｂｓｒｃ：Ｔｈｕｅｒｅｌｉｈｅｋｅａｔｏａｋｅ．Ｔｏｕｔａｔｅｒｂｂｒｂａｒｓｔｙｐｒｆａｐｃｒｎｄｅｓａｈｅｓａｆｅｔｖｎｅｓｏｆｒｔｎｄｔｅｌｅｆｃｉｅｓｔｃｒ。ｍｅｈｎｉａｎｙｓｓｍｕｔｂｅｍａｅｆｔｈｅｐａｋｅｃａｃｌａａｌｉｓｄｏｒｉ．Ｔｈｙｐｓａｅｌｔｅｒｆｐａｋｒｒｎｅｔｅｎｄｓａｈｏｙｏｃｅｓａｅｉ — ｔｏｃｄ．ＴｈｅｆｎｉｅｅｅｅｒｄｕｅｉｔｌｍｎｔｍｏｄｌｏｆｔｏｎｅｉｅｈｅｃｖｎｔｏｎａｕｂｅａｒｌｏｆｐｃｅｓｉｅｎｈｅｌｒｂｒｂｒｅａｋｒＳｓｔｕｐａｄｔ

封隔器胶筒结构改进及优势分析

ｉｓｗｒａｐｐｅｄｂｙｌａｙｉｎｇｒｅｄｃｏｐｐｅｒ．Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐａｃｋｅｒｅｌｅｍｅｎｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｉｍｐｒｏｖｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｖｅｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｕｐｐｅｒｐａｃｋｅｒｅｌｅ —
统的封隔器结构为三胶筒，浪费材料、装配复杂，对胶筒结构进行改进，在精简胶筒数量的基础上，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，接触应力比传统胶筒结构有明显提高，验证了改进
ｃａｎｔｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｔＯｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｓｏｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．
２０１３笠第
４２卷第１期第６２页
石油矿场机械
０ＩＬＦＩＥＬＤ
ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
２Ｏ１３，４２（１）：６２文章编号：１００１－３４８２（２０１３）０１ — ００６２ — ０５

封隔器胶筒肩部的力学分析

封隔器胶筒肩部的力学分析徐小晨;张公社【摘要】为了适应老油田精细分层注水需求,应加强现有封隔器结构设计的合理性。

针对扩张式封隔器的胶筒长度比较长,扩张时各部分扩张不均匀,肩部容易破坏的问题进行了研究。

根据扩张式注水封隔器坐封原理,采用了有限元的方法,以业内具有较高认可度ANSYS Workbench15.0有限元软件,对一种具有10 mm补偿结构的K334-112封隔器进行了力学分析。

对输出结果分析表明,胶筒在各个部分的受力情况和位移状态都是不均匀的,应力集中始终出现在胶筒肩部,在设计胶筒时如果能改善应力集中部分的性能,将使得封隔器的设计更加合理。

这样运用有限元的方法分析优化封隔器的结构与传统的使用实验的方法相比,更能适应现在高速发展的机械结构研究邻域,使得封隔器制造商能有更高的行业竞争力。

【期刊名称】《能源与环保》【年(卷),期】2017(039)009【总页数】5页(P150-153,159)【关键词】精细分层注水扩张式封隔器长胶筒 ANSYS Workbench15.0 应力应变【作者】徐小晨;张公社【作者单位】长江大学石油工程学院,湖北武汉430100【正文语种】中文【中图分类】TE931Abstract:In order to meet the needs of the fine oil injection in the old oilfield，it was necessary to strengthen the rationality of the existing packer structure design．The length of the drum was longer for the expansion packer，and the expansion was uneven and the shoulder was easy to destroy．According to the principle of the expansion of the water injection packer，the finite element method was adopted，and the K334-112 packer with 10 mm compensation structure was carried out with ANSYS Workbench15．0 finite element software to carry on mechanical analysis．The analysis of the results of the output showed that the force and displacement states of the plastic cylinders were uneven in all parts，and the stress was always concentrated on the shoulder of the cylinder．If the performance of the stress concentration part can be improved when the cylinder is designed，the design of the packer was more reasonable．This method of using finite element method to optimize the structure of the packer compared with the traditional method of using the experiment will be more adaptable to the now high-speed development of the mechanical structure of the neighborhood，to make the packer manufacturers have a higher industry competition force．Keywords:fine layered water injection;expansion packer;long plastic tube;ANSYS Workbench15．0;stress-strain为了提高封隔器结构设计和参数优化的工作效率和减少相应的设计成本，国内外研究人员已经把有限元分析法当成一种主要手段，M．S．M．Al-Kharusi等［1］通过ABAQUS建立了封隔器在坐封后胶筒两端存在液力压力的有限元模型，郭志平等［2］通过ANSYS软件析对封隔器胶筒和外层套管内壁之间的接触情况进行分析发现，接触应力的大小直接影响到封隔器的密封效果，程心平［3］为了研制出适合海上大排量反洗井的要求，通过ANSYS软件分析得到封隔器胶筒橡胶的应力—应变关系呈非线性。

封隔器胶筒密封性能测试系统研究

成和工作过程，开发了基于ＰＬＣ的自动化控制程序，以ＬａｂＶＩＥｗ为测控系统开发平台，完成了封隔器坐封时胶筒与套管接触应力、轴向位移、上下压差随时间波动相关数据的采集、实时显示与存
储功能设计。结果表明：通过本测试系统可以获得封隔器胶筒相关密封性能参数。
（Ｃｏｌｌｅｇｅ０／ＰｉｐｅｌｉｎｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ０Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ）
．
Ａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｔｈａｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅ
．
ｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｔｅｓｔｅｒｃａｎｏｂｔａｉｎｔｈｅｓｅａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｕｂｂｅｒｓｌｅｅｖｅ
ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｂａｓｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄｏｎＰＩＣ，ｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｇｒａｍ，Ｌａｂ

一种新型耐高温高压压缩式封隔器胶筒[发明专利]

专利名称：一种新型耐高温高压压缩式封隔器胶筒专利类型：发明专利
发明人：张星荣,朱杨海
申请号：CN200810041539.6
申请日：20080811
公开号：CN101338656A
公开日：
20090107
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种封隔器胶筒，特别涉及一种新型耐高温高压压缩式封隔器胶筒。

其特征在于在胶筒的一侧或两侧安装有双层环形弹簧，与胶筒一同硫化成耐高温高压的护肩，替代目前常用的金属环或金属网，具有更好的延展性，在压差很高的情况下，封隔器胶筒不会因突出变形而撕裂。

有效的解决了胶筒在承压过程中肩部突出而造成胶筒撕裂的弊病，从而保护了胶筒，提高了胶筒承受高压的能力和密封的稳定性，延长了胶筒的使用寿命。

申请人：张星荣,朱杨海
地址：200086 上海市虹口区通州路188号1号楼1007室
国籍：CN
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高温高压完井封隔器结构优化

◀油气田开发工程▶高温高压完井封隔器结构优化∗王㊀龙(中国石油化工集团公司碳酸盐岩缝洞型油藏提高采收率重点实验室ꎻ中国石油化工股份有限公司西北油田分公司)王龙.高温高压完井封隔器结构优化[Ｊ].石油机械ꎬ２０２３ꎬ５１(６):１１２－１１８.ＷａｎｇＬｏｎｇ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｈｉｇｈ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｉｇｈ￣ｐｒｅｓｓｕｒｅｗｅｌｌｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎ￣ｅｒｙꎬ２０２３ꎬ５１(６):１１２－１１８.摘要:针对顺北油气田超深超高压超高温井的施工要求ꎬ设计了适用于ø１３９７ｍｍ(５⅟ ｉｎ)套管的机械可回收测试封隔器ꎬ内通径达到５０ｍｍꎮ对该封隔器密封机构的变形过程及密封性能进行了有限元仿真分析ꎬ对封隔器卡瓦性能有显著影响的合金块安装间距㊁合金块安装倾角㊁合金块直径和卡瓦楔角等４个因素进行了正交试验ꎬ进而优化了卡瓦参数ꎮ优化后的卡瓦最大应力下降百分比为４７９９％ꎬ应力集中现象得到了大大减弱ꎮ在理论研究的基础上开展了封隔器坐封试验㊁额定压差测试㊁绝对压力测试和封隔器解封试验ꎮ研究结果表明:该测试封隔器的强度安全可靠ꎬ可顺利完成坐封㊁解封ꎬ能够承受２０４ħ以上的高温㊁１１０ＭＰａ的额定压差及１６０ＭＰａ的绝对压力ꎬ满足顺北油气田超深超高压超高温井的施工要求ꎮ关键词:封隔器ꎻ压裂测试ꎻ机械可回收ꎻ高温高压ꎻ仿真优化中图分类号:ＴＥ９３１㊀文献标识码:Ａ㊀ＤＯＩ:１０１６０８２/ｊｃｎｋｉｉｓｓｎ１００１－４５７８２０２３０６０１５ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＨｉｇｈ￣ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＨｉｇｈ￣ＰｒｅｓｓｕｒｅＷｅｌｌＣｏｍｐｌｅｔｉｏｎＷａｎｇＬｏｎｇ(ＳｉｎｏｐｅｃＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｈａｎｃｅｄＯｉｌＲｅｃｏｖｅｒｙｉｎＣａｒｂｏｎａｔｅＦｒａｃｔｕｒｅｄ￣ＶｕｇｇｙＲｅｓｅｒｖｏｉｒｓꎻＳｉｎｏｐｅｃＮｏｒｔｈｗｅｓｔＯｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｕｌｔｒａ￣ｄｅｅｐꎬｕｌｔｒａ￣ｈｉｇｈ￣ｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｕｌｔｒａ￣ｈｉｇｈ￣ｔｅｍｐｅｒ￣ａｔｕｒｅｗｅｌｌｓｉｎＳｈｕｎｂｅｉｏｉｌａｎｄｇａｓｆｉｅｌｄꎬａｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙｒｅｔｒｉｅｖａｂｌｅｔｅｓｔｐａｃｋｅｒｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅ１３９７ｍｍ(５⅟ ｉｎ)ｃａｓｉｎｇｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄꎬｗｉｔｈｔｈｅｉｎｓｉｄｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ５０ｍｍ.Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｓｅａｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｐａｃｋｅｒｓｓｅａｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ.Ｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔｅｓｔｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｆｏｒｆｏｕｒｆａｃｔｏｒｓꎬｉ.ｅ.ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅｏｆａｌｌｏｙｂｌｏｃｋꎬａｎｇｌｅｏｆａｌｌｏｙｂｌｏｃｋꎬｄｉａｍｅｔｅｒｏｆａｌｌｏｙｂｌｏｃｋａｎｄｓｌｉｐｗｅｄｇｅａｎ￣ｇｌｅꎬｗｈｉｃｈｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｓｌｉｐｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｐａｃｋｅｒꎬａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｓｌｉｐｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｏｐｔｉ￣ｍｉｚｅｄ.Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｄｒｏｐｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｌｉｐｉｓ４７９９％ꎬａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄ.Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅａｂｏｖｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎꎬｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｓｅｔｔｉｎｇꎬｒａｔｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒ￣ｅｎｃｅꎬａｂｓｏｌｕｔｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｒｅｌｅａｓｅｏｆｔｈｅｐａｃｋｅｒ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐａｃｋｅｒｉｓｓａｆｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ.Ｉｔｃａｎｓｕｃ￣ｃｅｓｓｆｕｌｌｙｓｅｔａｎｄｒｅｌｅａｓｅｄꎬａｎｄｃａｎｗｉｔｈｓｔａｎｄａｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｂｏｖｅ２０４ħꎬａｒａｔｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆ１１０ＭＰａａｎｄａｎａｂｓｏｌｕｔｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆ１６０ＭＰａ.Ｔｈｅｓｅｍｅｅｔｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｕｌｔｒａ￣ｄｅｅｐꎬｕｌｔｒａ￣ｈｉｇｈ￣ｐｒｅｓ￣ｓｕｒｅａｎｄｕｌｔｒａ￣ｈｉｇｈ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｌｌｓｉｎｔｈｅＳｈｕｎｂｅｉｏｉｌａｎｄｇａｓｆｉｅｌｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐａｃｋｅｒꎻｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｓｔꎻｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙｒｅｔｒｉｅｖａｂｌｅꎻＨＴＨＰꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ２１１㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ㊀２０２３年㊀第５１卷㊀第６期∗基金项目:中国石油化工集团有限公司重点科技攻关项目顺北一区５号断裂带提质提速钻完井技术研究 (Ｐ２０００２)ꎮ０㊀引㊀言随着油气勘探开发迈向８０００~９０００ｍ深度领域ꎬ储层地质条件更加复杂ꎬ这些复杂性主要表现在地层温度与压力随井深的增加越来越高ꎬ部分井的地层压力㊁地层温度甚至达到了１４０ＭＰａ和２００ħꎬ这表示油气勘探进入超深超高压超高温时代(简称三超井)ꎬ使完井试油与储层改造技术面临着新的技术难题[１－３]ꎮ其中ꎬ原有的测试工具和配套已不能完全满足勘探评价工作的需求ꎬ必须对原有测试工具和管柱体系进行改进和优化ꎬ以提高测试工具和配套工艺的可靠性[４－５]ꎮ目前顺北油气田的三超井主要采用五阀一封测试管柱或永久封隔器＋碳钢油管管柱进行地层测试作业ꎮ但面临以下困难:① 五阀一封测试管柱通径受加强型ＲＤ阀㊁Ｅ型阀㊁封隔器等的限制ꎬ内径只有３８ｍｍꎬ加砂压裂摩阻大㊁排量小㊁易砂堵[６]ꎻ②ＲＴＴＳ封隔器耐压差只有７０ＭＰａꎬ承压偏低ꎬ加砂压裂泵压高ꎬ封隔器承压偏大[７－８]ꎻ③ 永久封隔器＋碳钢油管管柱ꎬ不利于地层资料录取ꎬ测试结束后需切割油管起出管柱ꎬ增加了施工周期和井控风险ꎮ笔者针对顺北油气田三超井的施工要求ꎬ在调研国内外高压气井压裂测试管柱及工艺基础上ꎬ设计了适用于ø１３９７ｍｍ(５⅟ ｉｎ)套管的机械可回收测试封隔器ꎬ内通径达到５０ｍｍꎬ操作方便ꎬ性能可靠ꎬ易座封㊁易解封ꎬ能够满足中等及以上规模改造需求ꎬ可以解决顺北油气田ø１３９７ｍｍ套管内作业的压裂测试一体化难题ꎮ１㊀机械可回收封隔器的结构及技术特性１１㊀封隔器结构及特点ø１３９７ｍｍ机械可回收封隔器坐封方式采用机械坐封ꎬ解封方式为上提管柱ꎬ其结构如图１所示ꎮ其关键部件包括:胶筒㊁卡瓦㊁下心轴㊁上心轴㊁外筒㊁水力锚ꎮ机械可回收测试封隔器的主要技术特点有:①封隔器的承压件全部采用镍基高温合金Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８材料ꎬ保证了工具在高温高压环境下的强度ꎻ②水力锚锚爪由单Ｏ形圈密封改为支撑密封加Ｏ形圈的密封方式ꎬ提高了密封能力[９]ꎻ③水力锚锚爪分布由３组６个锚爪分布增强至６组１２个锚爪(６０ʎ间隔分布)[１０]ꎻ④改进的胶筒结构能够完成１０５ＭＰａ的密封能力ꎻ⑤水力锚锚爪㊁机械卡瓦以及摩擦块上的硬质合金块采用冷镶工艺ꎬ更改以往采用的银锡焊的工艺ꎬ在一定程度上保证了卡瓦锚定的强度和使用寿命ꎻ⑥水力锚卡瓦弹簧采用内外双弹簧结构ꎬ能更好地保证封隔器在解封过程中水力锚卡瓦的顺利回缩ꎮ图１㊀机械可回收封隔器结构Ｆｉｇ１㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙｒｅｔｒｉｅｖａｂｌｅｐａｃｋｅｒ１２㊀工作原理封隔器随油管下至预定设计位置ꎬ封隔器下井时摩擦垫块始终与套管内壁紧贴ꎮ进行坐封时ꎬ先上提钻杆至一定高度ꎬ然后右转油管ꎬ并下放管柱ꎬ机械卡瓦沿导向槽向外伸张ꎬ咬紧套管内壁ꎬ同时挤压和压缩胶筒ꎬ完成管柱的坐封ꎮ当油管内压力大于封隔器以上环空压力时ꎬ下部压力将通过容积管传到水力锚ꎬ使水力锚卡瓦片张开ꎬ卡瓦上的合金卡瓦牙朝上ꎬ从而使封隔器牢固地坐封在套管内壁上ꎬ阻止管柱上窜ꎮ施工结束停泵后ꎬ液力锚定卡瓦在弹簧回收力的作用下收回壳体内ꎬ需要进行解封时ꎬ先打开循环洗井阀ꎬ使油套平衡ꎬ然后上提管柱ꎬ胶筒回弹ꎬ机械坐封卡瓦沿卡瓦滑套槽收回合拢ꎬ继续上提进而解封整个管柱[１１]ꎮ１３㊀主要技术参数ø１３９７ｍｍ机械可回收封隔器的主要技术参数见表１ꎮ表１㊀机械可回收封隔器主要技术参数３１１２０２３年㊀第５１卷㊀第６期王龙:高温高压完井封隔器结构优化㊀㊀㊀２㊀关键零部件性能仿真分析２１㊀密封机构数值仿真分析本文所研究的机械可回收测试封隔器适用对象为ø１３９７ｍｍ套管ꎬ工具的外径和内径尺寸见表１ꎮ由于封隔器密封机构的中间胶筒㊁侧胶筒㊁护肩㊁以及套管等部件均为轴对称零件ꎬ所以本文建立二维轴对称的密封机构数值仿真分析模型ꎬ如图２所示ꎮ胶筒模型采用四边形网格ꎬ网格算法采用中性轴算法ꎬ同时采用杂交公式和缩减积分开展胶筒大变形分析[１２]ꎻ在密封机构的仿真模型中分别设定３类接触方式:橡胶－橡胶接触㊁橡胶－金属接触以及金属－金属接触ꎬ并分别设定其配合关系ꎻ密封机构所受外部载荷为管柱下压力对应的轴向载荷Ｆꎬ并进行１００~３００ｋＮ条件下的密封机构受力仿真分析ꎮ图２㊀密封机构仿真模型Ｆｉｇ２㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｅａｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ图３㊀密封机构变形过程仿真结果Ｆｉｇ３㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓｅａｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ密封机构变形过程仿真结果如图３所示ꎬ由图３可知:当通径规上端面施加轴向坐封载荷Ｆ后ꎬ护肩沿轴向向下滑动ꎬ随着轴向载荷的不断增加ꎬ胶筒护肩开始向外扩张ꎻ当护肩与套管接触后ꎬ护肩开始依次挤压上侧胶筒㊁中间胶筒以及下侧胶筒ꎻ随着轴向载荷的进一步加大ꎬ中间胶筒与套管接触后ꎬ上㊁下侧胶筒和中间胶筒进一步被压缩并依次向外膨胀ꎬ最终所有胶筒全部与套管接触ꎬ实现了完全密封套管环空的目的[１３－１４]ꎮ胶筒轴向压缩距与密封机构所承受的轴向坐封载荷之间的变化关系如图４所示ꎮ在初始阶段ꎬ随着坐封载荷的逐渐增大ꎬ轴向压缩距迅速增大ꎻ当坐封载荷超过５０ｋＮ以后ꎬ轴向压缩距增大趋势变的很缓慢ꎬ稳定在８０ｍｍ左右ꎻ当坐封载荷达到３００ｋＮ时ꎬ胶筒的轴向压缩距为８１３ｍｍꎮ胶筒与套管的最大接触应力与坐封载荷之间的关系曲线如图４所示ꎮ由图４可知ꎬ最大接触应力随坐封载荷的增加而逐渐增大ꎬ两者之间近似于线性变化关系ꎬ其中胶筒与套管最大接触应力为１３６９８ＭＰａꎬ对应坐封载荷为３００ｋＮꎮ当坐封载荷Ｆ达到３００ｋＮ时ꎬ胶筒与套管的应力分布云图如图５所示ꎮ仿真分析结果表明:密封机构中胶筒心轴的Ｍｉｓｅｓ应力最大ꎬ最大值为５７３５ＭＰａꎬ尚未达到胶筒心轴材料(４２ＣｒＭｏ)的屈服强度ꎬ说明密封结构强度可靠ꎮ图４㊀坐封载荷对压缩距和应力的影响Ｆｉｇ４㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｅｔｔｉｎｇｌｏａｄｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｓｔｒｅｓｓ图５㊀胶筒与套管应力云图Ｆｉｇ５㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｏｆｒｕｂｂｅｒｓｌｅｅｖｅａｎｄｃａｓｉｎｇ４１１㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２３年㊀第５１卷㊀第６期２２㊀卡瓦结构参数的数值仿真优化分析卡瓦是机械可回收测试封隔器锚定过程中传递载荷㊁承担载荷的主要构件ꎬ起到支撑封隔器㊁锁定胶筒的作用ꎮ卡瓦三维模型如图６所示ꎮ在坐封时卡瓦滑套(４２ＣｒＭｏ)向下滑动ꎬ推动卡瓦体(４２ＣｒＭｏ)向外撑开与套管贴合ꎬ随着压力不断增加ꎬ机械卡瓦上的硬质合金块(ＹＧ１５)进一步嵌入套管ꎬ从而能够提供足够的轴向支撑力ꎬ起到锚定作用[１０]ꎮ图６㊀坐封卡瓦的三维模型Ｆｉｇ６㊀Ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｌｉｐ根据硬质合金卡瓦等角度周向均匀分布的结构特点ꎬ建立卡瓦⅟ 结构模型(见图７)ꎻ对于拥有复杂曲面的卡瓦体采用四面体网格进行网格划分ꎬ套管与硬质合金块形状较规则ꎬ采用六面体网格ꎻ硬质合金块与卡瓦体的配合采用绑定约束ꎬ设定６个硬质合金齿与套管内壁为面－面接触ꎮ锚定机构所受外力为管柱轴向坐封载荷Ｆꎬ并开展１００~３００ｋＮ条件下的卡瓦坐封性能仿真分析ꎬ其中套管钢级为Ｐ１４０Ｖꎬ壁厚１２０９ｍｍꎮ图７㊀卡瓦有限元网格模型Ｆｉｇ７㊀Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｓｈｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｌｉｐ通过仿真结果(见图８)可知:释放悬重达到１５０ｋＮ时ꎬ套管最大应力为９１６８ＭＰａꎬ小于套管屈服强度９６５５ＭＰａꎬ未发生塑性变形ꎻ在硬质合金块安装槽处应力集中现象明显ꎬ且最大压应力为１４４６ＭＰａꎬ大于材料屈服强度８２２３８ＭＰａꎬ同时各齿受力不均ꎬ咬入深度不同ꎬ存在较大差异ꎬ如图９中红色曲线所示ꎮ图８㊀卡瓦体和套管的应力－位移云图(优化前)Ｆｉｇ８㊀Ｓｔｒｅｓｓ￣ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｎｅｐｈｏｇｒａｍｏｆｓｌｉｐａｎｄｃａｓｉｎｇ(ｂｅｆｏｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ)图９㊀优化前后各齿咬入深度分布Ｆｉｇ９㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｉｔｅｄｅｐｔｈｏｆｔｅｅｔｈｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ㊀㊀根据机械可回收封隔器卡瓦的设计要求ꎬ需要对机械可回收封隔器卡瓦的结构参数进行优化ꎬ本文选择对卡瓦性能有显著影响的合金块安装间距ｌ(因素Ａ)㊁合金块安装倾角α(因素Ｂ)㊁合金块直径ｄ(因素Ｃ)和卡瓦楔角γ(因素Ｄ)４个因图１０㊀卡瓦结构参数Ｆｉｇ１０㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｌｉｐ素进行正交试验ꎬ其参数如图１０所示ꎮ根据正交试验原理ꎬ设计了四因素三水平正交试验方案Ｌ９(３４)ꎬ试验参数见表２ꎬ探索４个试验因素对机械可回收封隔器卡瓦性能的影响规律ꎮ５１１２０２３年㊀第５１卷㊀第６期王龙:高温高压完井封隔器结构优化㊀㊀㊀表２㊀正交试验方案对９种不同方案的卡瓦在１５０ｋＮ载荷条件下进行数值仿真计算ꎬ数值仿真计算结果见表３ꎮ其中以卡瓦各齿咬入套管深度数据的标准差作为各齿咬入深度均匀性的衡量标准ꎮ表３㊀正交试验结果通过正交试验分析ꎬ得到卡瓦最优组合参数为:合金块安装间距ｌ＝２１５ｍｍ㊁合金块安装倾角α＝７５ʎ㊁合金块直径Ｄ＝１１ｍｍ㊁卡瓦楔角γ＝８ʎꎮ由图１１可知ꎬ卡瓦最大应力由１４４６ＭＰａ下降为７５２１ＭＰａꎬ下降百分比为４７９９％ꎬ应力集中现象大大减弱ꎮ优化后的卡瓦和套管的应力－位移云图如图１１所示ꎮ对比图８可知ꎬ优化前各齿咬入套管形成的咬痕深度分布不均ꎬ套管上方咬痕深度大ꎬ而套管下方咬痕深度明显降低ꎻ优化后各齿咬痕形状以及咬入深度基本一致ꎬ卡瓦各齿咬入深度均匀性标准差由０００１７８下降为００００７３ꎬ同比下降５９２２％ꎮ图１１㊀卡瓦体和套管的应力－位移云图(优化后)Ｆｉｇ１１㊀Ｓｔｒｅｓｓ￣ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｎｅｐｈｏｇｒａｍｏｆｓｌｉｐａｎｄｃａｓｉｎｇ(ａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ)３㊀室内试验机械可回收测试封隔器的室内试验研究是该工具研制工作的重要环节ꎬ通过室内模拟试验ꎬ能比较直观且彻底地暴露理论研究中的问题ꎬ从而迅速方便地解决矛盾[１５]ꎮ本试验在中石化江汉石油工程有限公司巴州塔里木测试分公司高温高压井下工具检测中心的３＃高温高压试验井筒进行ꎬ如图１２图１２㊀机械可回收封隔器的室内试验Ｆｉｇ１２㊀Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｔｅｓｔｓｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙｒｅｔｒｉｅｖａｂｌｅｐａｃｋｅｒ所示ꎮ试验设备包括中央控制系统㊁加热保温系统㊁试验井筒系统㊁超高压液体试验系统㊁低压压６１１㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２３年㊀第５１卷㊀第６期缩空气系统㊁力加载试验系统㊁安全防护及视频监控系统ꎮ试验工具管串由动密封杆＋变扣接头＋双短节＋变扣接头＋ø１３９７ｍｍ机械可回收封隔器组成ꎮ在地面完成机械可回收封隔器的通径测试和整体密封试验后ꎬ将试验工具管串下入试验井筒ꎬ通过转接杆将动密封杆连接至力加载试验机上面ꎬ于２０２２年５月依次开展了封隔器坐封试验㊁额定压差测试㊁绝对压力测试㊁封隔器解封试验[１６]ꎮ坐封试验步骤:①启动升温ꎬ启动加热保温系统ꎬ整井筒加热至ȡ１２０ħꎬ保温ȡ１ｈꎻ②继续升温ꎬ系统加热至ȡ２０４ħꎬ保温ȡ２ｈꎻ③上提封隔器３００ｍｍꎬ正转１圈ꎻ④对封隔器上腔㊁中心腔加压ȡ８０ＭＰａ(设置为稳压)ꎬ记录工具串悬重并将其作为初始载荷ꎬ然后在初始载荷的基础上增加１３５~１６５ｋＮ(１５０ｋＮʃ１０％)坐封封隔器ꎻ保持温度ȡ２０４ħꎬ将上腔㊁中心腔泄压至ɤ０５ＭＰａꎮ在坐封载荷下封隔器没有出现下滑和转动ꎬ说明坐封试验成功ꎮ额定压差测试:①系统降温至ɤ１２００ħꎬ保温ȡ４ｈ(降温过程中温度设定值为１１５ħꎬ保持在１１５~１２０ħ区间)ꎻ②上压腔分级加压至ȡ１１００ＭＰａꎬ加压载荷控制参考表４(最终载荷可根据实际情况动态调整)ꎬ中心腔压力ɤ０５ＭＰａꎬ压差ȡ１１００ＭＰａꎬ保温保压ȡ１５ｍｉｎꎮ③上压腔分级泄压至ɤ０５ＭＰａꎬ中心腔分级加压至ȡ１１００ＭＰａ(不操作载荷)ꎬ压差ȡ１１００ＭＰａꎬ保温保压ȡ１５ｍｉｎꎬ最后将中心压力泄至ɤ０５ＭＰａ(额定压差试验操作期间ꎬ下压腔不泄压且背压ȡ７００ＭＰａ)ꎮ在测试过程中１５ｍｉｎ压降ɤ１％ꎬ说明机械可回收封隔器的额定压差测试合格ꎮ表４㊀ø１３９７ｍｍ机械可回收封隔器加压控载表㊀㊀绝对压力测试:①系统加热至ȡ２０４ħꎬ保温ȡ２ｈꎻ②验证坐封载荷(１３５~１６５ｋＮ)后进行以下步骤ꎬ中心腔分级加压至ȡ８０ＭＰａꎬ上压腔分级加压至ȡ８０ＭＰａꎬ保温保压ȡ８ｈꎻ③中心腔分级加压至ȡ１６０ＭＰａꎬ上压腔分级加压至ȡ１６０ＭＰａꎬ保温保压ȡ１ｈꎮ在测试过程中１５ｍｉｎ压降ɤ１％ꎬ说明机械可回收封隔器的绝对压力测试合格ꎮ解封试验:①温度ȡ２０４ħꎬ三腔压力分级泄压至ɤ０５ＭＰａꎬ上提测试管柱解封封隔器ꎻ②当系统降温至ɤ６０ħꎬ起出工具ꎬ顺利完成解封ꎮ４㊀结㊀论(１)数值仿真分析结果表明:在３００ｋＮ的坐封载荷下机械可回收封隔器的所有胶筒全部与套管接触ꎬ实现了完全密封套管环空的目的ꎬ密封机构中胶筒心轴的应力最大ꎬ尚未达到该材料的屈服强度ꎬ说明密封结构强度可靠ꎮ(２)由于封隔器卡瓦各齿受力不均ꎬ咬入深度不同ꎬ本文对卡瓦性能有显著影响的４个因素进行正交试验ꎬ对卡瓦参数进行了优化ꎬ最终得到最优组合参数为:合金块安装间距ｌ＝２１５ｍｍ㊁合金块安装倾角α＝７５ʎ㊁合金块直径Ｄ＝１１ｍｍ㊁卡瓦楔角γ＝８ʎꎮ优化后的卡瓦最大应力下降百分比为４７９９％ꎬ应力集中现象大大减弱ꎮ(３)室内试验结果表明:ø１３９７ｍｍ机械可回收封隔器能够在１３５~１６５ｋＮ的载荷下完成坐封ꎬ并能够顺利解封ꎬ同时能够承受２０４ħ以上的高温㊁１１０ＭＰａ的额定压差及１６０ＭＰａ的绝对压力ꎬ设计性能满足顺北油气田三超井的施工要求ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀杨向同ꎬ沈新普ꎬ崔小虎ꎬ等.超深高温高压气井完井含伸缩管测试管柱的应力与变形特征[Ｊ].天然气工业ꎬ２０１９ꎬ３９(６):９９－１０６.ＹＡＮＧＸＴꎬＳＨＥＮＸＰꎬＣＵＩＸＨꎬｅｔａｌ.Ｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｔｕｂ￣ｉｎｇｓｔｒｉｎｇｗｉｔｈｅｘｐａｎｓｉｏｎｊｏｉｎｔｓｆｏｒｕｌｔｒａ￣ｄｅｅｐＨＴＨＰｇａｓｗｅｌｌｓ[Ｊ].ＮａｔｕｒａｌＧａｓＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１９ꎬ３９(６):９９－１０６[２]㊀ＫＯＮＧＣＹꎬＺＨＵＲＪꎬＺＨＡＮＧＤＲꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｉｎｇｌｅ￣ｃｏｎｅＰＤＣｃｏｍｐｏｕｎｄｂｉｔａｎｄｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｏｉｌ＆ＧａｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ￣Ｒｅｖ.ＩＦＰＥｎ￣ｅｒｇｉｅｓｎｏｕｖｅｌｌｅｓꎬ２０２１ꎬ７６:５２[３]㊀刘祥康ꎬ丁亮亮ꎬ朱达江ꎬ等.高温高压深井多封隔器分段改造管柱优化设计[Ｊ].石油机械ꎬ２０１９ꎬ４７(２):９１－９５.ＬＩＵＸＫꎬＤＩＮＧＬＬꎬＺＨＵＤＪꎬｅｔａｌ.Ｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉ￣ｚａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｒｉｎｇｗｉｔｈｍｕｌｔｉ￣ｐａｃｋｅｒ７１１２０２３年㊀第５１卷㊀第６期王龙:高温高压完井封隔器结构优化㊀㊀㊀ｆｏｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｄｅｅｐｗｅｌｌ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０１９ꎬ４７(２):９１－９５ [４]㊀陈俊国ꎬ刘振涛ꎬ袁云ꎬ等.高温高压薄壁胶筒优选试验设计和评价[Ｊ].油气田地面工程ꎬ２０１１ꎬ３０(１２):３８－４０.ＣＨＥＮＪＧꎬＬＩＵＺＴꎬＹＵＡＮＹꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｍｕｍｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｉｎｗａｌｌｒｕｂｂｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅ[Ｊ].Ｏｉｌ￣ＧａｓｆｉｅｌｄＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１１ꎬ３０(１２):３８－４０[５]㊀黄熠ꎬ杨进ꎬ王尔钧ꎬ等.南海超高温高压气井裸眼完井测试关键技术[Ｊ].石油钻采工艺ꎬ２０２０ꎬ４２(２):１５０－１５５.ＨＵＡＮＧＹꎬＹＡＮＧＪꎬＷＡＮＧＥＪꎬｅｔａｌ.Ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌ￣ｏｇｉｅｓｆｏｒｔｈｅｏｐｅｎｈｏｌｅｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇｏｆｕｌｔｒａｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｇａｓｗｅｌｌｓｉｎｔｈｅＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＳｅａ[Ｊ].ＯｉｌＤｒｉｌｌｉｎｇ＆ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ４２(２):１５０－１５５[６]㊀刘江浩ꎬ张毅.高温高压大通径压裂封隔器的研制[Ｊ].钻采工艺ꎬ２０１６ꎬ３９(３):７７－７９.ＬＩＵＪＨꎬＺＨＡＮＧＹ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｄｒｉｆｔｄｉ￣ａｍｅｔｅｒｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐａｃｋｅｒ[Ｊ].Ｄｒｉｌｌｉｎｇ＆ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１６ꎬ３９(３):７７－７９ [７]㊀王立军.ＲＴＴＳ封隔器胶筒问题浅析[Ｊ].油气井测试ꎬ２０１０ꎬ１９(１):５４－５５ꎬ５８.ＷＡＮＧＬＪ.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓａｂｏｕｔｒｕｂｂｅｒｅｌｅｍｅｎｔｏｆＲＴＴＳｐａｃｋｅｒ[Ｊ].ＷｅｌｌＴｅｓｔｉｎｇꎬ２０１０ꎬ１９(１):５４－５５ꎬ５８[８]㊀李林涛ꎬ万小勇ꎬ黄传艳ꎬ等.双向卡瓦可回收高温高压封隔器的研制与应用[Ｊ].石油机械ꎬ２０１９ꎬ４７(３):８１－８６.ＬＩＬＴꎬＷＡＮＸＹꎬＨＵＡＮＧＣＹꎬｅｔａｌ.ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｌｉｐＨＴＨＰｒｅｔｒｉｅｖａｂｌｅｐａｃｋｅｒ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０１９ꎬ４７(３):８１－８６[９]㊀徐贵春ꎬ曹慧祖ꎬ高丽.大通径丢手封隔器的设计与试验[Ｊ].石油矿场机械ꎬ２０１５ꎬ４４(２):５１－５４.ＸＵＧＣꎬＣＡＯＨＺꎬＧＡＯＬ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｅｓｔｏｆｄｉａｍ￣ｅｔｅｒｒｅｌｅａｓｉｎｇｐａｃｋｅｒ[Ｊ].ＯｉｌＦｉｅｌｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔꎬ２０１５ꎬ４４(２):５１－５４[１０]㊀张德荣ꎬ陈颖ꎬ周威ꎬ等.可钻式桥塞卡瓦结构优化设计[Ｊ].机械设计与制造ꎬ２０１６(８):２１９－２２３.ＺＨＡＮＧＤＲꎬＣＨＥＮＹꎬＺＨＯＵＷꎬｅｔａｌ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｌｉｐｏｆｄｒｉｌｌａｂｌｅｂｒｉｄｇｅｐｌｕｇ[Ｊ].ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅꎬ２０１６(８):２１９－２２３[１１]㊀宋辉辉ꎬ贺启强ꎬ何程程.液压式大通径丢手封隔器的研制与应用[Ｊ].钻采工艺ꎬ２０２０ꎬ４３(１):８４－８６.ＳＯＮＧＨＨꎬＨＥＱＱꎬＨＥＣＣ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐ￣ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｒｅｌｅａｓｉｎｇｐａｃｋｅｒ[Ｊ].Ｄｒｉｌｌｉｎｇ＆ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ４３(１):８４－８６[１２]㊀曾永锋ꎬ褚洪金ꎬ赵薇ꎬ等.连续管压裂封隔器失效分析与优化研究[Ｊ].石油机械ꎬ２０２２ꎬ５０(９):１３１－１３６ꎬ１４４.ＺＥＮＧＹＦꎬＣＨＵＨＪꎬＺＨＡＯＷꎬｅｔａｌ.Ｐａｃｋｅｒｆａｉｌ￣ｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｎｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２２ꎬ５０(９):１３１－１３６ꎬ１４４[１３]㊀张琳琳.深水高温气井测试封隔器设计与研究[Ｄ].荆州:长江大学ꎬ２０２１.ＺＨＡＮＧＬＬ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｅｓｔｐａｃｋｅｒｉｎｄｅｅｐｗａｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓｗｅｌｌ[Ｄ].Ｊｉｎｇｚｈｏｕ:ＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０２１[１４]㊀谢昊.一种超短隔离封隔器总成设计及测试[Ｊ].石化技术ꎬ２０２２ꎬ２９(４):３９－４０.ＸＩＥＨ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｅｓｔｏｆａｎｕｌｔｒａ￣ｓｈｏｒｔｉｓｏｌａｔｉｏｎｐａｃｋ￣ｅｒａｓｓｅｍｂｌｙ[Ｊ].ＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２２ꎬ２９(４):３９－４０[１５]㊀张德荣ꎬ周威ꎬ陈颖.水平井新型卡封工具的研制[Ｊ].机械设计与制造ꎬ２０１７(６):６１－６３.ＺＨＡＮＧＤＲꎬＺＨＯＵＷꎬＣＨＥＮＹ.Ｔｈｅｎｅｗｔｏｏｌｆｏｒｓｔｉｃｋｉｎｇａｎｄｓｅａｌｉｎｇｉｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌｓ[Ｊ].Ｍａｃｈｉｎ￣ｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅꎬ２０１７(６):６１－６３ [１６]㊀薛占峰ꎬ韩峰ꎬ袁大勇.高性能锚定封隔器的研制与应用[Ｊ].石油机械ꎬ２０１８ꎬ４６(４):６５－６８ꎬ１１８.ＸＵＥＺＦꎬＨＡＮＦꎬＹＵＡＮＤＹ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｃｈｏｒｉｎｇｐａｃｋｅｒ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０１８ꎬ４６(４):６５－６８ꎬ１１８㊀㊀作者简介:王龙ꎬ高级工程师ꎬ生于１９８２年ꎬ２００６年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业ꎬ主要从事工程技术管理及完测试工作ꎮ地址:(８３００００)新疆乌鲁木齐市ꎮ电话:(０９９１)３１６１０６６ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１１３８７８９７８８＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ㊀收稿日期:２０２３－０３－２７(本文编辑㊀南丽华)８１１㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２３年㊀第５１卷㊀第６期。

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－

不同温度下受压封隔器胶筒有限元分析

不同温度下受压封隔器胶筒有限元分析彭惠芬;王程;王鹏【摘要】Axisymmetric finite element model of packer rubber cylinder was established by using the hyperelastic mate-rial Mooney-Rivlin in ANSYS,the distribution rules of stress and deformation along rubber cylinder’s length under differ-ent temperature load were analyzed. The results show that temperature has certain effects on stress distribution of packer rubber cylinder,at room temperature (25 ℃),the upper rubber cylinder has uniform stress distribution along its length, the stress of intermediate rubber cylinder is less at both ends and bigger in the middle. The maximum stress is in the out-side surface of lower rubber cylinder bottom and the minimum stress is in the inner surface,the stress values are 19.693 MPa and 3.984 MPa separately. With the increase of temperature,the stress distribution in intermediate rubber cylinder tends to be uniform,and the stress at outside surface of lower rubber cylinder bottom is increased and reaches 19.712 MPa at 100℃. The deformation of rubber cylinder along its length is nonlinear,the upper rubber cylinder has smaller deforma-tion and the deformation is increased along rubber cylinder’s length,the intermediate rubber cylinder has maximum de-formation,the deformation value is 9. 17 mm. The temperature has smaller effect of on the lower rubber cylinder,the de-formation is smaller and the change is relatively stable.%利用ANSYS软件中超弹性材料Mooney-Rivlin建立胶筒轴对称有限元模型，分析受压胶筒在温度载荷作用下应力和变形沿筒长分布规律。

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。

封隔器胶筒密封性能有限元分析

2
计算结果分析
压缩式封隔器是通过压缩机构压缩胶筒 , 使之膨胀改变密封环形间隙从而实现密封。根据它的工作原理 , 这里重点分析橡胶材料的非线性特性和胶筒与井壁之间的接触变形特点。选择适合于分析本问题的有限元单元结构 , 编制有限元参数输入接口程序; 对胶筒组合进行受力与变形分析; 分析其边界约束条件以及接触形态 ; 计算封隔器胶筒与套管之间的接触应力。最后通过分析计算结果得到各主要因素对封隔器密封性能的影响。 2. 1 加载方式的影响中心管和套管上、下端固定, 套管 x 轴方向固定 , 上支撑环固定, 在下支撑环上加载 ( 向上加 40 m m 位移, 胶筒外斜角 40#, 摩擦因数取 0. 6) 。 3 个胶筒上的最大接触应力和压缩距的关系如图 2, 轴向力和压缩距的关系如图 3, 初封后接触应力分布规律如图 4a, 改变加载方式( 下支撑环固定, 在上支
计算条件是胶筒和隔环、中心管的摩擦因数固定为 0. 1, 从上往下加载 40 m m, 分析胶筒和套管之间的摩擦因数为 0. 1~ 0. 7 时, 胶筒组合中各个胶筒上的最大接触应力的变化, 如图 5。
a
从下往上加载
图5
最大接触应力和摩擦因数的关系
第 36 卷
第9期
刘永辉 , 等 : 封隔器胶筒密封性能有限元分析
在连续介质力学中将橡胶材料称作超弹性材料存在一个用格林硬度表示的应变能函数该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各种橡胶的成份千差万别所以通常在公开文献上查不到超弹性材料常数需要用单轴拉伸等双轴拉伸切试验得到的橡胶材料试验数据进行超弹性材料曲线拟合进而选择合适的超弹性材料模型计算模型的建立压缩式密封元件以三胶筒组合居多中间的胶筒比较软主要起密封作用故也称作工作胶筒端的胶筒比较硬主要起保护工作胶筒以防止肩部突出的作用线的剖面建立有限元计算模型三胶筒组合简化的计算模型如图

课程设计--高压容器筒体与封头连接处应力分析

高压容器筒体与封头连接处应力分析1、问题描述某高压容器设计压力为P=16MPa，筒体内径为R=900mm，筒体壁厚为T1=100mm，封头壁厚为T2=48 mm，筒体削边长度L=95 mm，试对该高压容器筒体与封头连接区进行应力分析，并进行优化。

2、分析问题由于主要讨论封头与筒体过渡区的应力状态，故忽略封头上其他结构，建立如下模型，其中筒体长度远大于边缘应力衰减长度，此处取用体长度为Lc=1200 mm。

有限元采用PLANE82单元，并设定轴对称选项。

通体下端各节点约束轴向位移，球壳对称面上各节点约束水平位移，内部施加均匀压力面载荷。

3、分析过程1、环境设置（1）以交互模式进入ANSYS,在总路径下建立子路径，工作文件名取为wb（2）设置标题：执行Utility Menu>Change Title命令，弹出Change Title 命令，输入wb ，单击OK按钮，关闭对话框。

（3）初始化设计变量：执行Utility Menu>Paramerters>Scalar Paramerters命令，弹出Scalar Paramerters对话框，输入数据。

2、定义单元材料（1）定义单元类型：执行Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，弹出Element Type对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element Types 对话框。

（2）单击OK，退回至Element Type对话框。

（3）设置对称轴选项：在Element Type对话框中，单击Option按钮，设置PLANE82 element type options 选项，在Element behavior K3 下拉框中选择Axisymmetric，单击OK。

（4）定义材料属性：执行Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Model命令，弹出如下对话框：（5）单击Isotropic项，弹出如下对话框：3、创建模型（1）生成球壳部分子午面：执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>PartialAnnulus命令，弹出如下对话框（左），生成图形（右）：（2）生成筒体子午面：执行Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle >By 2 Corners命令。

封隔器胶筒失效

由表可得出：温度的升高加速了胶筒密封失效的速度。
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一、应力松弛
❖ 在外力作用下，高分子链段不得不顺着外力方向被迫舒展，因而产生内部应力，与外力相抗衡。但是，通过链段热运动调整分子构象，以至缠结点散开，分子链产生相对滑移，逐渐恢复其蜷曲的原状，内应力逐渐消除，与之平衡的外力也逐渐衰减，以维持恒定的形变交联聚合物整个分子不能产生质心位移的运动，故应力只能松弛到平衡值，导致封隔器密封胶筒弹性模量下降，导致密封失效
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受磨损的交通密封件
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Click to edit Master text st，由于地下的复杂构造、地下的腐蚀环境以及材料的抗腐蚀能力等不定因素的影响，常会使一些油水井发生套管的破损的现象。当起下封隔器经过套管的破损部位时，有可能发生封隔器胶筒与套损部位刮、碰，造成了橡胶密封件的整体脱落或局部脱落
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套损硬性破坏
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减压破坏
❖采油工业中应用压力突然下降，橡胶产品通常处于极高的压力之下，在这种高压下，低分子量的碳氢化合物及二氧化碳、硫化氢等其他气体在橡胶中的溶解度远远高于常压下，当操作条件发生变化时，压力突然下降，溶解的气体将胶件内部逃逸出来，橡胶件爆破，导致密封失效。
肩部横裂纹
肩部缺肉
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高温封隔器胶筒与套管接触压力的实验研究

高温封隔器胶筒与套管接触压力的实验研究以高温封隔器胶筒与套管接触压力的实验研究随着石油工业的不断发展，高温油井封隔技术在油气勘探开发中扮演着重要角色。

高温封隔器胶筒与套管的接触压力是影响封隔效果的重要因素之一。

为了深入研究高温下封隔器胶筒与套管接触压力的变化规律，本文进行了一系列实验研究。

实验采用了高温环境模拟装置，模拟了高温油井中的实际工况。

首先，我们选取了常用的封隔器胶筒材料，如EPDM橡胶、聚四氟乙烯等，并根据实际工况设计了不同温度下的实验组。

然后，将封隔器胶筒与套管进行接触，并施加一定的载荷。

通过改变载荷大小，我们记录下了不同接触压力下的胶筒变形情况。

实验结果表明，随着温度的升高，封隔器胶筒与套管的接触压力呈现出不同的变化趋势。

在低温下，胶筒与套管接触面积较小，接触压力较大；而在高温下，胶筒的柔软性增强，接触面积增大，接触压力相对较小。

这是由于高温下胶筒材料的热膨胀性质导致的。

通过实验我们还发现，封隔器胶筒与套管的接触压力对封隔效果有重要影响。

当接触压力较大时，胶筒能够更好地密封套管，防止油气泄漏；而当接触压力较小时，胶筒的密封性能大打折扣。

因此，在实际工程中，需要根据温度变化合理控制接触压力，以确保封隔效果的稳定性和可靠性。

我们还对不同材料的封隔器胶筒进行了比较研究。

实验结果显示，EPDM橡胶在高温下表现出较好的封隔效果，具有较大的接触压力和较小的变形量；而聚四氟乙烯等材料在高温下的封隔效果较差，接触压力较小，容易造成泄漏。

因此，在高温环境下选用合适的封隔器胶筒材料至关重要。

本文通过实验研究了高温封隔器胶筒与套管接触压力的变化规律。

实验结果表明，在高温下，封隔器胶筒与套管的接触压力随温度变化呈现出一定的规律。

合理控制接触压力对于封隔效果的稳定性和可靠性至关重要。

同时，在高温环境中选择合适的封隔器胶筒材料也是确保封隔效果的关键。

这些研究成果对于优化高温油井封隔技术具有一定的指导意义，为油气勘探开发提供了技术支持。