擴(kuò)張式封隔器膠筒力學(xué)行為數(shù)值模擬研究及改進(jìn).pdf

1、在工況復(fù)雜的油氣井井下工作時，封隔器膠筒的密封性能和強(qiáng)度還不能很好的滿足需求，從而本文先對擴(kuò)張式封隔器膠筒進(jìn)行力學(xué)行為數(shù)值模擬研究，分析各個階段受力時所反映出的問題，然后從結(jié)構(gòu)和材料對膠筒進(jìn)行了研究，并對單一式密封元件和組合式密封元件的密封性能進(jìn)行了比較分析。
　　本文以常用的K344封隔器為對象，運(yùn)用彈性理論以及大變形理論知識對封隔器膠筒分兩個階段進(jìn)行了受力分析，第一個階段是膠筒擴(kuò)張后且與套管接觸前，第二個階段是與套管接觸后，得

2、到了每個階段受力的特點(diǎn)。然后用有限元軟件建立了 K344含膠筒在內(nèi)的局部有限元模型（包括中心管，上下膠筒座，套管），模擬它的工作過程，得到了它各個階段的受力云圖。結(jié)果表明,當(dāng)封隔器處于內(nèi)壓20.0 MPa工作狀態(tài)時，上、下膠筒座與中心管聯(lián)接部分的應(yīng)力水平最高，其最大Mises應(yīng)力為66.19MPa。在膠筒中，中間部分的應(yīng)力變化趨于平緩，而靠近兩端處應(yīng)力可達(dá)18.05MPa，且肩部變形最大，剪應(yīng)變達(dá)到0.8。
　　針對膠筒在坐封時所

3、反映出的受力特征，在建模時對膠筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在改變封隔器膠筒結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)（厚度，高度，摩擦系數(shù)，肩部傾斜角，加鋼絲連線）后用有限元進(jìn)行了分析，對比分析后得出在同等外部條件下，膠筒的接觸應(yīng)力隨著膠筒厚度的增加而減小，密封性能也隨之減小。膠筒長度太短會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此膠筒的長度不能太短，本文建議選擇大于125mm的長度。為了保持密封元件的完整性和工作的可持續(xù)性，必須有穩(wěn)定的接觸應(yīng)力為了同時保持足夠的摩擦力使膠筒在工作時不滑動，本

4、文建議選用0.28的摩擦系數(shù)。隨著封隔器膠筒肩部角度的變化，膠筒上的最大應(yīng)力差異不大，而且傾角為15°時的最大應(yīng)力反而要高于30°和45°時的應(yīng)力，所以建議肩部傾角取15°，此時既有利于減弱肩部突出的程度，也能滿足強(qiáng)度需求。在建模時對膠筒材料進(jìn)行了改進(jìn)，分別在膠筒中添加1-3層鋼絲簾線，對其坐封過程進(jìn)行有限元分析后，對比得出了材料補(bǔ)強(qiáng)措施。
　　本文對單一密封元件與組合式密封元件的密封性能進(jìn)行了比較分析，通過數(shù)據(jù)對比可以看出采用組