封隔器胶筒密封性能有限元分析

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压缩式封隔器胶筒结构改进及密封性能分析_刘松

５］，间的间隙对胶筒密封性能影响很大［当胶筒的高
度过长时容易引起失稳；胶筒高度较小时，其承受的坐封压力很小。由图４可知，在胶筒高度为８５ｍｍ。时取得最大应力值１２．８３ＭＰａ
图１常规封隔器的三胶筒结构
２影响胶筒密封性能的因素
关于封隔器理论研究的基础上，利用有限元软件
［］并对ＡＢＡＱＵＳ来模拟胶筒的变形及接触应力２，改进型封隔器进行分析，以提高封隔器胶筒的密封
２０１２０９２８ ① 收稿日期：－－，：＿刘松（男，山东聊城人，硕士，主要从事海洋石油装备技术研究，ｏｕｒ１９８６Ｅ－ｍａｉｌｆｒｉｅｎｄｌｓ６３．ｃｏｍ。作者简介：－）＠１ｙ
石油矿场机械ＯＩＬＦＩＥＬＤＥＵＩＰＭＥＮＴＱ
（）：２０１３，４２４６７～７０

压缩式封隔器胶筒结构改进及密封性能分析
刘松１，吴静２，董晓明１
１］。本文在前人胶筒是橡胶材料，属于超弹性材料［
性能。
１常规封隔器的结构和不足
常规封隔器结构如图１所示，一般是由３个相同的胶筒组成。国内已有很多学者对其密封性能进行分析研究。众多研究表明：常规封隔器的３个胶筒受力变形不均，其中上胶筒起着主要密封作用，而中胶筒和下胶筒的效果不明显。封隔器的失效主要这表明了常规封是由于上胶筒的表层撕裂造成的，隔器在结构方面都存在缺陷。

扩张式封隔器胶筒密封性能影响因素分析

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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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－

基于有限元的封隔器密封性能影响因素分析

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。
关键词：筒；限元；构模型；封胶有本密中图分类号：９１２１ＴＥ３．０文献标识码：Ａ
ＦｉｉｅＥｌｍｅｎｌｓｓｏｅｌｎｂｅｆＰａｋｒＳＰｅｆｒａｃｆｃｃｏｓｎｔｅｎｔＡａｙｉｎＳａｉｇＲｕｂｒｏｃｅ ’ ｒｏｍｎｅＥｆｅｔＦａｔｒＨＡＮｏｙｕ，ＩＮａＬＩＱｉｎＤＵｕｈａＧｕ — ｏＬｎ，ａｇ，Ｘｉ— ｕ
筒压缩距、部 “突出” 及接触应力随坐封载荷的增加而增加；筒肩部 “ 出” 最大接触应力的肩以胶突使
作用区域变小，由胶筒中部逐渐转移到加载端，成胶筒与套管的接触应力分布不均匀，胶筒且造使
２ＣｏｌｇｆＭｅｈｎｃｌ＆ＥｌｃｒｃｌＥｎｎｅｉｇ，ｑｈｒＵｎｖｒｉＱｉｉａ６０６，ｈｎ）．ｌｅｅｏｃａｉａｅｔｉａｇｉｅｒｎＱｉｉａｉｅｓｔｙ，ｑｈｒ１１０Ｃｉａ
ＡｂｔａｔＴｈａｒｃｏｅｈｅＹｅｓｒｃ：ｅｐｐｅｈｏｓｓｔｏｈｍｏｄｌｗｈｉｈｃｎｒａｏｎｂｌｅｃｉｈｅｄｓｏｒｉｎｏｈｅｅｃａｅｓａｙｄｓｒｂｅｔｉｔｔｏｆｔＳｅｌｎｇＲｕｅｆｔｃｒａｄｍｅｓｒｈｅａｉｎｓｐｂｅｗｅｎｓｒｓｎｄｓｒｉｔｅｔａｉｂｂｒｏｈｅＰａｋｅ，ｎａｕｅｔｅｒｌｔｏｈｉｔｅｔｅｓａｔａｎｄａａｂｙｔｓ，ａｄｃｌｕｌｔｆＹｅｈｍｏｄｌｗｉｈＭＡＴＬＡＢ．ＢｙｆｎｉｅｅｅｎｎａｙｉｇｔｅＳｅｌｎｇｎａｃａｅｏｏｅｔｉｔ — ｌｍｅｔａｌｚｎｈａｉＲｕｂｒｏｂｅｆｔｃｒ，ｈｅｒｌｔｏｎｈｐｂｅｗｅｎｓｔｌａｎｈｅｐｃｒｒｂｂｅ，ｘｔｕｈｅｓｕｌｅｎｈｅＰａｋｅｔｅａｉｓｉｔｅｉｏｄａｄｔａｋｅｕｒｅｒｄｅｏｎｔｈｏｄｒａｄｔｏａｔｓｒｓｒｂｔｉｄ，ｎｈｅｅｔｕｄｎｔｈｏｕｄｒｏａｋｒｒｂｂｒｗｅｅａａｙｅｈｅｃｎｔｃｔｅｓｗｅｅｏａｎｅａｄｔｘｒｅｏｈｅｓｌｅｆｐｃｅｕｅｒｎｌｚｄ

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］。

压缩式封隔器胶筒结构改进及密封性能分析

ｔｕｒｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｎｔａｃｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｍａｘｃｏｎ —
ｏｆｔｈｅｒｕｂｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｄｃｏｐｐｅｒｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｂｙｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔ，ｔｈｅｕｎｅ —
ｓｔｒｅｓｓｅｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｉｎｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｄｃｏｐｐｅｒ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
２．ＳｈｅｎｇｌｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０２６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｐａｃｋｅｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｈｏｒｔａｇｅｓ．Ｔｈｅｒｕｂｂｅｒｓｔｒｕｃ —
ＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄＰａｃｋｅｒｓＲｕｂｂｅｒＬＩＵＳｏｎｇ。ＷＵＪｉｎｇ。，ＤＯＮＧＸｉａｏ — ｍｉｎｇ

跨隔测试封隔器胶筒及胶筒骨架失效原因分析

收稿日期:２０１９－０７－１３
基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１６７４１９９)
作者简介:万志国(１９８８—) ꎬ男ꎬ讲师ꎬ博士ꎬ主要研究方向为机械系统动力学、机械设计与制造ꎬｗａｎｚｈｉｇｕｏ１６８＠１６３. ｃｏｍ.
通讯作者:窦益华ꎬｙｈｄｏｕ＠ｖｉｐ. ｓｉｎａ. ｃｏｍ.
１２０
２０１９年９月机械设计与制造工程Ｓｅｐ. ２０１９
第４８卷第９期ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ. ４８Ｎｏ. ９
跨隔测试封隔器工作过程中胶筒所承受的作
一种试油工艺 [２] ꎮ 但由于跨隔测试技术难度大、
用力主要来自于两个方面:一是坐封力ꎬ二是坐封
管柱受力状况复杂等原因ꎬ在测试过程中ꎬ井下封
压差所产生的压力ꎮ 因此ꎬ跨隔测试封隔器胶筒所
隔器失封、胶筒及胶筒骨架落井现象时有发生ꎮ 针
承受的轴向压力Ｆｚ可表示为:
对跨隔测试经常失败的情况ꎬ许多学者对跨隔测试
技术进行了分析与改进ꎮ 张以明等 [３] 利用ＬＹＮＥＳ
Ｆｚ＝ ΔｐＡｈｋ＋Ｆｚｆ
(１)
裸眼膨胀跨隔测试工具代替常规压缩式封隔器坐
式中: Δｐ为测试压差ꎻＡｈｋ为管柱与井壁之间的环
闯等 [４] 提出了在大斜度井中不停产( 停注) 进行跨
为井筒直径ꎻｄｊ为胶筒内径ꎻＥ为胶筒材料的弹性
模量ꎻμ 为胶筒材料的泊松比ꎮ
将式(２) 代入式(３) 可推导出 Δｒ为:
２μＦｚ
( Ｄｔ－Ｄｊ ) ( Ｄｊ＋ｄｊ )
Δｒ＝
－
(４)
πＥ( Ｄｔ＋ｄｊ )

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

封隔器胶筒密封性能有限元分析

封隔器胶筒密封性能有限元分析
刘永辉ｈ，建红林元华。白亮清ｈ，景中ｈ，志学ｈ，海涛，付，，杨魏徐马海云ｈ
（＿东油田公司ａ７开发工程监督中心Ｉ．尚堡作业区，北唐海０３０；１冀．探 ’ ｂ高河６２０２西南石油大学石油管力学和环境行为重点实验室，都６００）．成１５０
摘要：隔器胶筒的密封性能直接制约其使用性能，胶筒属于超弹性材料，井下多种载荷作用封且在
下，力学行为复杂。以三胶筒组合的压缩式封隔器为研究对象，立了封隔器密封元件的有限元其建力学模型，分析了加载方式、摩擦因数以及胶筒硬度等对胶筒接触应力的影响，出了接触应力沿得
ＬＩＵＹｏｎ — ，ｇｈｕｉＦＵＺｈａ — ｏｎ，Ｎｕｎｈｕ，ｎｈｇ。ＬＩＹａ — ａＢＡＩＬｉｇｑｎ．ａｎ — ｉｇ
ＹＡＮＧｉｇｚｏｇＷＥＩＺｉｘｅ，Ｊｎ — ｈｎ，ｈ — ｕＸＵｉａ。ＡｌｕＨａ— ｏＭｔＨａ— ｎｙ
ｏｔａｋｉｇｅｅｅｈｒｇｉｉｅｅｅｅｔｓｔａｅａａｃａｅｈｅｅｆｃｓｏｏａｉｇｍｏ．ｆｉｓｐｃｎｌｍｎｔｔｏｕｈｆｎｔｌｍｎｏｆｗｎｄｅ
（．．ＥｘｏａｏｙＤｅｅｏｍｅｔｇｎｅｉｇＳｐｅｖｓｏｎｅ；．ＧａｓａｇｅａｉｎＺｏｅ，１ａｐｌｒｔｒｖｌｐｎＥｎｉｅｒｎｕｒｉｉｎＣｅｔｒｂｏｈｎｐｕＯｐｒｔｏｎ

封隔器坐封过程有限元模拟分析

维普资讯
石
油
机
械
— ｌ一９
２００７年
第３５卷
第９期
ＣＨＩＮＡＥＰＴＲ０ＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
专题研究
封隔器坐封过程有限元模拟分析
练章华乐彬
（．西南石油大学１
一
，
不少学者已对其实物力学实验 … 、有限元数
大小，取决于封隔器坐封力的大小和其具体结构形式。同时，对于压缩式密封元件在承载变形时，要求应力分布要均匀，尽量避免和减少胶筒上应力集
中的现象。水力扩张式封隔器是靠胶筒向外扩张来
放掉油管内的压力，胶筒即收回解封。套管外封隔
器是把水泥浆（体）挤到管外封隔器内，在水流
基金项目：本课题由国家教育部科学技术研究重点项目 “ 基于耦合问题的套管损坏机理研究” （０１５２５３）和四川省杰出青年基金项
封隔油、套管环形空间的。因此，胶筒的内部压力
必须大于外部压力，也就是油管压力必须大于套管
的钻井、完井，使得封隔器所处的环境越来越恶劣，对封隔器的力学性能及密封性能的要求也越来越高。为此，笔者对最常用的压缩式封隔器、水力扩张式封隔器以及套管外封隔器的工作过程进行了有限元分析，对封隔器的受力过程和结构优化设计进行了详细研究，为预防封隔器失效机理研究提供

压缩式封隔器胶筒失效因素分析及措施

压缩式封隔器胶筒失效因素分析及措施在封隔器的主要元件中，压缩式胶筒非常重要，直接影响着封隔器的功能发挥。

一旦胶筒密封的效果不是很好，就会使其出现一定的安全隐患，甚至造成一定的经济损失。

本文以实验数据作为基点，对压缩式封隔器胶筒失效的几种影响因素进行了系统分析，并且研究探讨了解决措施，对于提升胶筒的封闭效果，确保封隔器在油田开采中的科学应用，具有一定的参考价值。

标签：压缩式封隔嚣；胶筒失效；因素分析当前，很多石油企业进行分层采油的过程中，封隔器都是不可或缺的重要设施，尤其是压缩、密闭性能很强的胶筒，更是在井下开采、填水、酸化、抗沙等作业中普遍的使用。

由于这种压缩式封隔器胶筒利用的是轴间的承重能力，并且在胶筒和外观内侧发生的应力作用下，形成将外来应力和井下液体的充分阻隔，避免出现石油与应力之间的互相影响。

但是如果这种压缩式封隔器胶筒的封闭效果丧失，就很容易导致降低检泵的时限，削弱空气注入的效果，不能顺利实现地下水的及时发现和有效填堵，而且很可能造成井下设施的破裂导致作业不能进行。

因此，笔者试结合试验，就压缩式封隔器胶筒失效的影响因素进行分析，同时研究探讨改进的对策和建议。

1 压缩式封隔器胶筒测试实例1.1 测试流程首先要将座封工具进行密闭液压，让胶筒同测试所用的套管之间紧密连接，形成A和B两个封闭腔体，进行加热处理，以使其满足测试温度的要求，选用温度和应力的数值。

上部注入压力，让A处满足测试的压力数值，2天2夜之后，将压力释放，试验的时候选择温度、压力和补充的数值。

下部注入压力，让B 处也满足测试的压力数值，2天2夜之后，将其释放，选用的数值同上。

最后将测试的座封工具抽出，解除密封，观察压缩的距离，检查出现封闭设施损伤的情况，并且根据测试的数值，对胶筒密封作用的失效因素进行分析。

1.2 失效因素分析一是压缩式封隔器胶筒的上侧部位出现了裂缝和损坏的现象，造成了胶筒的密闭作用失效。

若出现破损情况导致胶筒失效，主要是由于压力在一个点上作用太大造成的。

双胶筒封隔器胶筒密封性能分析

等。
单位体积拉格朗日应变张量。拉格朗日应变张量可以由下式表示：
ｒ，］ｒ
国内外已有一些学者对三胶筒组合的封隔器结
构进行了有限元分析并进行了优化。笔者以双胶筒
［］＝ｌＥ上
１基本理论与计算模型
１１材料模型．
借助水力载荷等轴向载荷时，胶筒受压产生变形，使胶筒与套管之间产生接触压力，藉此封隔油套环空，以满足隔绝产层、保护套管等工艺要求。由于胶筒和套管之间的密封属于接触密封，其密封质量的好坏取决于套管和封隔器胶筒之间接触压力的大
是相应的应力分量，即
的胶筒组合大多数是双胶筒组合或三胶筒组合。如应用在中原、胜利等油田的Ｙ１１—１４型与Ｙ４１１３１
—
１４型封隔器属于三胶筒组合；Ｙ２１４２型、Ｙ２５１
［］：
ｄＬＪ
・
，
封隔器胶筒采用四节点四边形超弹性单元
式为［］＝ａ为变形后的节点位置矢量，Ｆ＂Ｖ，
ａＡ
ＰＡＥ８，中心管、套管和支撑环采用四节点四ＬＮ１２边形等参数单元ＰＡＥ２｝面面接触单元ＣｎＬＮ４，，＿ｆｊｏ．ｔｌ１和Ｔｒ１９模拟胶筒与套管、中心管和支撑ａ７ａｇ６ｅ环间的接触，并考虑接触时的摩擦作用。由于支撑环与套管之间始终不接触，所以不考虑使用接触。

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

压缩式封隔器胶筒失效因素分析及措施_陈健

封隔器是油田分层开采工艺必不可少的井下工具,其关键元件是具有弹性和密封能力的胶筒,它已被广泛地应用于完井、注水、压裂、酸化、防砂、机械采油、汽举等采油工艺技术中。压缩式胶筒是轴向载荷作用下,产生轴向压缩和径向膨胀来填满油管和套管之间的环型空间,胶筒与套管壁之间产生接触压力,从而起到了隔绝井液和压力的作用、封隔产层以及防止层间流体和压力相互干扰等作用。封隔器对密封件的密封在工作中一旦失效有可能造成检泵周期缩短 , 注气质量下降 , 找水、堵水无法完成,还易引发压裂工具无法正常工作等,笔者通过模拟试验和实际现场的试验对封隔器密封件失效因素进行了分析,
Ａｂｓｔｒａｃｔ:compressed parking was the key component in packers and has a decisive role in the working of packers.The seal failure of compressed parking produced great harm to the economic and security of the normal production.This paper analysised the failure factors of compressed parking on the simulation and field test of compressed parking.It can effectively improve the sealing performance of compressed parking when the structure of compressed parking was the best and the construction craft level was improved. ＫｅｙＷｏｒｄｓ:seals;Remaking sealing;Failure factors

基于有限元分析的耐高温封隔器密封件优化设计

基于有限元分析的耐高温封隔器密封件优化设计标签：封隔器;胶筒;密封;有限元;高温0引言胶筒具有弹性和密封能力是封隔器的关键元件。

压缩式胶筒是在轴向载荷作用下，产生轴向压缩和径向膨胀来填满油管和井壁之间的环形空间，胶筒与井壁壁之间产生接触压力从而起到隔绝井液和压力、封隔产层以及防止层间流体和压力互相干扰等作用。

胶筒作为密封元件其力学特性是很重要的，胶筒与井壁接触所产生的接触压力，是胶筒承受工作压差的必要条件，因此研究坐封力、工作压差和接触应力之间的关系对从理论上认清胶筒的密封机理和胶筒密封的可靠性具有非常重要的意义。

1封隔器胶简非线性有限元分析模型封隔器常用三胶筒结构，其中心管、胶筒、井壁以及胶筒所受载荷均为轴对称分布，故取过轴线的剖面建立有限元计算模型，胶筒、中心管、中心环和井壁均采用轴对称单元进行模拟。

在有限元分析中，橡胶、井壁、中心管及隔环等用平面单元PLANE183，采用平行四边形单元划分网格，封隔器工作时存在摩擦接触问题，接触面之间建立面一面接触，接触面用CONTAl72接触单元，目标面用TARGEl69接触单元。

三胶筒体系计算模型，边界条件为中心管和井壁上下两端固定，橡胶筒在上端支撑环的作用下压缩膨胀，随着坐封压力的不断增加与套管接触，从而起到密封封隔器上下套管内环空压差的作用，从上端胶筒加载对模型进行求解。

2封隔器胶筒接触应力影响因素2.1胶筒与井壁间摩擦系数封隔器胶筒在井下实际工作条件十分复杂，准确地确定其摩擦系数是非常困难的。

因此，有必要研究摩擦系数对接触应力的影响规律。

从上往下加载100kN，分析胶筒和套管间的摩擦系数从0.1～0.4之间胶筒组合中各个胶筒上的最大接触应力的变化。

随着摩擦系数的增加，胶筒坐封距迅速变小，接触应力减小，封隔器密封承压能力减弱。

最大接触应力与摩擦系数呈非线性关系。

在一定的坐封载荷下，随着胶筒摩擦系数的增大，胶筒与套管之间的接触应力逐渐减小，在摩擦系数小于0.2时，接触应力的下降比较显著;在摩擦系数大于0.2时，接触应力下降较平缓。

基于ABAQUS的自验封封隔器胶筒有限元分析

作者筒介ｌ田￣－（１９８７－），男，辽宁盘锦人，２Ｏｌｉ年毕业于西南石油大学石油矿场机械专业，获硕士学位，现主要从事井
下具研究工作。
筒之间进行验封。
２理论计算压缩距
根据图１分析可知，坐封完全以后验封隔环向
ａ．自验封封隔器初始状态
下运动的距离为下胶筒压缩距，中心管和上隔环向下运动距离为上胶筒和下胶筒压缩距的总和，因此
性。
关键词：自验封；接触应力；压缩距￣ＡＢＡＱＵＳ
中图分类号：ＴＥ９３１＋．２
文献标识码：Ａ
文章编号：１Ｏ０６ —７９８ｌ（２Ｏ１５）０１一Ｏ１０６ —０３
随着油田进入中、后期开发，油井井筒状况不断恶化，油井出水的情况越发严重，针对这种情况通常需要进行油井堵水的工艺［１］。而目前堵底水工艺中使用的常规的封隔器不能进行验封，无法确定封隔器坐封质量及整体管柱封堵效果是否可靠，为此研
中心管上的验封孔和验封隔环上的验封孔的距离应
／
ｂ．自验封封隔器坐封状态
Ｉ．中心管Ｉ２．上陌环Ｉ３．上胶筒Ｉ４．套管，ｓ．验封隔环１６．下胶筲Ｉ７．下隔环
该为上胶筒的压缩距。在传统的封隔器胶筒设计中，假设胶筒压缩前后的体积不变，可以粗略计算胶筒的压缩距［２］。即

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

２１年第４０１Ｏ卷第ｌ期第９２２页
石油矿场机械
ＯＩＦＥＥＬＩＬＤＱＵＩＭＥＮＴＰ
文章编号：０１３８（０１１－０２０１０４２２１）２０９４
压缩式封隔器密封胶筒有限元分析及改进
ｓｒｄｔｅｕｉｙｗａｒａｌｎｒａｅｕｉｇｔｉｉｇｄｗｎｔｅｈｅｉｅｎｔｏｎｓｔｕｅａｎｈｅｓｃｒｔｓｇｅｔｙｉｃｅｓｄｄｒｎｒｐｐｎｏｏｍｅｔｔｅｒｑｕｒｍｅｆｏｉｅ
ｓｏｄｔａｈｍｐｏｅａｋｎｗｉｈｃｍｐｅｓｄｒｂｅｅｌｐｃｉｇｃｕｄｈｌｉｈｒｐｅ — ｈｗｅｈｔｔｅｉｒｖｄｐｃｉｇ，ｔｏｒｓｅｕｂｒｓａａｋｎ，ｏｌｏｄｈｇｅｒｓ
ＧＥｎｇＳｏ
（ａｐｃＴｅｈｏｏｉｓＬｉｔｄ，ｎｈｕ７０７，ｈｎ）ＬｎｅｃｎｌｇｅｍｉｅＬａｚｏ３００Ｃｉａ
ＡｂｔａｔＡｉｎｔｔａｌｒｘｉｔｎｇｉｏｍｐｅｓｄｒｂｂｅｅｌｐｃｎｔｎｌｉｎｏｓｒｃ：ｍｉｇａｈｅｆｉｕｅｅｓｉｎｃｒｓｅｕｒｓａａｋｉｇ，ｈｅａａｙｓｓａｄｃｍ—
幅提高，满足了现场操作需求，高了下井成功率。提
关键词：压缩式封隔器；密封胶筒；限元分析；有改进中图分类号：Ｅ９１２Ｔ３．文献标识码：Ａ

非线性有限元混合法分析油井封隔器胶筒

非线性有限元混合法分析油井封隔器胶筒
范家齐;曲宪刚;杨晓翔
【期刊名称】《石油学报》
【年(卷),期】1991(12)1
【摘要】油井封隔器胶筒是由橡胶类材料制成的。

橡胶类材料构件的几何形态和材料性能都是非线性的,材料的非线性关系一般用三个变形张量不变量表述。

本文基于势能驻值原理,采用整体Lagrange法,建立适用于橡胶类材料的大位移和大应变的增量形式的非线性有限元混合法的计算列式。

用四结点四边形等参数环元,对受均匀内压无限大厚壁圆筒进行计算,其结果与精确解符合很好,表明这种方法是有效和可靠的。

油井封隔器胶筒的位移、应力和接触压力的计算结果表明:(1)胶筒外壁的上角部位有被挤上翘的趋势,(2)胶筒内的应力基本上是受压的,(3)胶筒的内外壁都有一定的接触压力,计算方法为合理设计封隔器胶筒提供了理论基础。

【总页数】10页(P129-138)
【关键词】油井封隔器;橡胶材料;载荷计算
【作者】范家齐;曲宪刚;杨晓翔
【作者单位】大庆石油学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE931.2
【相关文献】
1.封隔器胶筒坐封有限元分析和比较 [J], 贾建华;王彦福;徐斯塬;
2.封隔器胶筒结构改进及有限元分析 [J], 蔡风涛;刘迪;赵帅;滕强
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4.跨隔测试封隔器胶筒及胶筒骨架失效原因分析 [J], 万志国; 张辉; 窦益华; 孟琪; 关元
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