压缩式缩径井封隔器胶筒的结构优化研究

针对压缩式缩径井封隔器外径小、胶筒压缩变形量大、密封效果差的问题,开展了压缩式缩径井封隔器胶筒结构优化设计,并进行了承压能力的理论和试验分析,研制了一种适合缩径井高压密封的胶筒结构型式。通过试验证明,该缩径井胶筒(外径100mm)在φ139.7mm(51/2英寸)套管中承压不低于25MPa,满足了缩径井的使用要求。     

压缩式封隔器胶筒密封性能的试验研究

本文论述了采用影象云纹法、电测法对封隔器胶筒的表面变形、密封面的接触应力,极限密封压力、应力松弛等规律进行的试验研究,对封隔器胶筒的密封机理提出了较全面和符合实际的看法,为合理设计胶筒结构尺寸提供了依据,对正确使用胶筒具有一定的指导作用。     

压缩式封隔器胶筒力学性能分析

将压缩式封隔器分为自由变形和约束变形2个阶段。从胶筒变形的几何、静力和物理方程中推导出了封隔器密封的最小坐封力;计算了自由变形阶段胶筒的高度,得到了胶筒在有、无工作压差2种条件下的接触应力。在此基础上得到了胶筒的极限密封压力,分析了胶筒的强度,确定合理的坐封力和工作压差。为封隔器胶筒结构尺寸的设计提供理论依据。     

压缩式封隔器胶筒变形阶段力学分析

封隔器是常用试采井下工具,胶筒是封隔器中最重要的部件。将压缩式胶筒的变形分为自由变形和约束变形2个阶段,分析了其绝对体积变化规律,得到了使胶筒刚好与井壁接触的轴向力,据此可以确定最小坐封载荷;得到了井壁和中心管对胶筒的约束压力,在此基础上得到了压缩式胶筒的各个应力分量和第四相当应力,据此可以给出坐封力下胶筒的强度,确定合理的坐封力。实例计算解释了现场封隔器胶筒在坐封载荷作用下损坏的原因。     

压缩式封隔器三级胶筒多重非线性力学分析

分析了压缩式封隔器胶筒在井下分层压裂的密封性能。针对不同硬度胶筒组合和胶筒材料、几何及双重接触三重非线性问题,根据力学基本理论,采用微元法建立胶筒变形齐次非线性方程组。将胶筒变形分为自由变形、单向约束变形和双向约束变形3个阶段。从而推导出各个阶段不同硬度胶筒组合的变形公式,利用载荷迭代法求解胶筒在不同轴向力下的接触压力和压缩量。为多级胶筒选择和封隔器设计提供理论依据。     

水井封隔器胶筒防掉井装置革新

压缩式封隔器是油田实现分层注水的主要工具，由于压缩式封隔器的解封均以上提强拉为主，不同程度的存在胶筒脱落掉井的情况，而掉井胶筒无法通过常规作业工序打捞（冲、捞），必须通过大修磨铣才能清除。现场统计表明成功释放后二次起出的压缩式封隔器均有一个胶筒脱离本体，且并未随管柱起出地面。随着水井调、重配等次数的增加，掉井胶筒逐渐增加，致使人工井底上升。因此有必要开发一种既不影响压缩式封隔器管柱的分层效果，又能有效防止胶筒掉井的工具。     

缩径井分层采油工艺技术

针对老油田由于套管变形或套管补贴等原因造成油井缩径而无法进行正常分层采油的现状,开展了缩径井分层采油工艺的研究。设计了整体式和丢手式缩径井分层采油管柱,研制了Y341型和Y441型缩径井封隔器、液压倒扣丢手工具、缩径井分流开关等井下工具,配套形成了可实现对缩径段以下封闭层有效封堵的缩径井分层采油工艺管柱。该工艺管柱采用液压坐封、上提解封的工作方法,具有刚体外径小,坐封、密封性能可靠,承压能力高等工艺特点,现场应用证明具有很好的推广价值。     

水井封隔器胶筒防掉井工具

压缩式封隔器大规模使用以来，由于起出的胶简受老化和套管接箍挂削的影响，致使胶简脱离封隔器掉入井底，造成人工井底上升。水井封隔器胶筒防掉井装置在不影响管柱功能的前提下，在水井作业施工时随管柱下井，二次作业时，在管柱起出过程中将脱落胶筒捕获，达到保护井底的目的。此装置由弹性捕捞爪、捕捞钢体、碎胶简捕捞开窗、筛式中心管组成。弹性外径为118mm，钢体外径为114mm。现场应用150口井，捕获胶筒量与原井封隔器胶筒量相同，达到了保护井底的目的。     

水井封隔器胶筒防掉井装置

由于压缩式封隔器起出的胶筒受老化和套管接箍刮削的影响,致使胶筒脱离封隔器掉入井底,造成人工井底上升,支撑人工井底的堵水管柱层位出现误差。水井封隔器胶筒防掉井装置在不影响管柱的前提下,在水井作业施工时随管柱下井,二次作业时,在管柱起出过程中将脱落胶筒捕获,达到保护井底的目的。     

压缩式封隔器胶筒耐温耐压浅析

随着井深的增加,以往的封隔器胶筒已远不能满足深井和超深井酸化、压裂和堵水等施工工艺的需要。根据胶筒的设计原理、受力状态及力学特征,并结合室内试验数据,分析了影响压缩式胶筒工作性能的最重要的两个指标———工作温度和工作压差,指出胶筒的耐温性能与材质密切相关,可根据使用工况和工作温度来选用不同的橡胶;胶筒的耐压性能除受材质本身的影响外,还受胶筒结构尺寸、胶筒座外径和肩保等的影响。建议采用扩大胶筒座和胶筒外径及加肩保的方法来提高胶筒的耐压性能。     

压缩式封隔器胶筒设计思路浅谈

随着钻采工艺不断向高温、高压和复杂深部地层方面的发展,油气井开采的工况条件也越来越复杂,这对于井下作业中的关键工具—封隔器提出了更高的要求。而封隔器工作的好坏,密封是关键,因此胶筒则成为封隔器密封的核心。封隔器胶筒设计是否合理、有效直接影响到井下作业技术上和经济上的可行性。主要从压缩式封隔器胶筒的选材、结构设计、工作环境等几个方面综合考虑,简单论述对于压缩式封隔器胶筒的设计思路和优化方法,并对参数的选择提供相关设计依据。     

海上完井封隔器胶筒试验装置设计及应用

设计了封隔器胶筒试验装置,可通过机械和液压2种方式压缩胶筒坐封,能够实现对单胶筒和多胶筒组合的密封检验,具有实时锁紧和快速复位、预先设置压缩行程及上下环空双向验封功能。试验和应用结果表明:该装置实用性强、操作方便,解决了以前只能通过封隔器配合使用才能完成对胶筒密封性能检验的局限。     

水井封隔器胶筒防掉井装置

压缩式封隔器是油田实现分层注水的主要工具，由于压缩式封隔器的解封均以上提强拉为主，不同程度地存在胶筒脱落掉井的情况，而掉井胶筒无法通过常规作业工序打捞（冲、捞），必须通过大修磨铣才能清除。现场统计表明，成功释放后二次起出的压缩式封隔器均有一个胶筒脱离本体，且并未随管柱起出地面。随着水井调、重配等次数的增多，掉井胶筒逐渐增加，致使人工井底上升。因此，有必要开发一种既不影响压缩式封隔器管柱的分层效果，又能有效防止胶筒掉井的工具。水井封隔器胶筒防掉井装置的研制是在不影响管柱功能的前提下，采取结构防掉的原理，在水井作业施工时随管柱下井，二次作业时，通过工具结构在管柱起出过程中将脱落胶筒捕获，达到保护井底的目的。     

水井封隔器胶筒防掉井装置革新

压缩式封隔器是油田实现分层注水的主要工具，由于压缩式封隔器的解封均以上提强拉为主，不同程度的存在胶筒脱落掉井的情况，而掉井胶筒无法通过常规作业工序打捞(冲、捞)，必须通过大修磨铣才能清除。现场统计表明成功释放后二次起出的压缩式封隔器均有一个胶筒脱离本体，且并未随管柱起出地面。随着水井调、重配等次数的增加，掉井胶筒逐渐增加，致使人工井底上升。因此有必要开发一种既不影响压缩式封隔器管柱的分层效果，又能有效防止胶筒掉井的工具。     

裸眼中途测试压缩式封隔器胶筒改进研制

针对中途测试掉胶筒和胶筒骨架失效的问题，检验了现用裸眼压缩式封隔器胶筒和胶筒骨架材料的理化性能，在此基础上，有针对性地改良了胶筒材质及成型工艺，改进了胶筒骨架选材、结构及其热处理工艺。用氟橡胶制作、注胶方式模压成型的改进胶筒各项指标都高于标准要求，优于裹胶方式制作的胶筒。在允许测试压差范围内，改进后的封隔器胶筒下井使用正常。     

封隔器压缩式胶筒剪切流变特性探讨

根据流变力学理论,建立了井壁约束条件下封隔器胶筒的剪切应力松弛和蠕变预测方程,通过外推法反演得到呈指数分布的材料参数方程,指出积分导数-指数在时间上具有等效性;提出了基于最小二乘法原理的封隔器胶筒应力松弛试验数据的拟合作法;计算了封隔器胶筒应力松弛模拟试验预加的初始剪应力及剪应变。分析结果表明:封隔器胶筒的应力松弛现象和蠕变效应直接影响封隔器胶筒元件的尺寸稳定性及密封性能;封隔器胶筒的剪应力随时间的增加而衰减,直至达到稳态水平而不再衰减;封隔器胶筒的剪应变随时间的增加而增大,出现快速上升和缓慢平稳2个阶段。较好地描述了井壁约束条件下封隔器胶筒的流变特性。     

封隔器胶筒应力数值模拟与结构优化研究

封隔器胶筒是具有弹性密封、用以保护套管的井下工具,其结构形式和材料性能决定封隔器的密封压差。利用MARC有限元分析软件模拟封隔器胶筒的密封状态,分析计算轴向载荷、密封压差与接触压力之间的关系及封隔器胶筒结构对它的影响,获得了胶筒高度、外斜角、外径等优化结构参数,提高了封隔器胶筒的耐压差性能。     

压缩式封隔器密封胶筒有限元分析及改进

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。     

海上完井封隔器胶筒设计及密封性能分析

建立了海上完井封隔器胶筒尺寸设计与接触压力计算理论模型,同时利用ANSYS软件建立了胶筒密封轴对称有限元模型,基于橡胶材料本构模型确定了材料常数,带入有限元模型分析胶筒的密封性能与强度是否满足要求,并对比研究胶筒理论计算结果与有限元分析结果。分析结果表明,坐封阶段胶筒最大位移发生在双密封腔位置,最大接触压力发生在规环挤压胶筒处;工作阶段胶筒最大位移发生在胶筒挤入规环与套管的环形空间位置,位移最大值为7.1 mm,胶筒与套管最大接触压力为40.1 MPa。胶筒理论计算结果与有限元分析结果对比表明,坐封阶段和工作阶段胶筒与套管最大接触压力和胶筒压缩行程相差不大,说明2种方法的计算结果比较接近。     

压缩式封隔器坐封力学有限元分析

封隔器胶筒与套管的接触压力是衡量密封性能的重要依据。应用ANSYS有限元软件,数值模拟了封隔器坐封后的应力、应变分布及接触状态,得出胶筒的整体接触压力分布和上、中、下3个胶筒与套管接触压力的分布规律。线性回归了坐封力与接触压力的关系式。指出封隔器各胶筒与套管的最大接触压力随着坐封液压力的增大而增大,并且上、中胶筒呈线性关系,下胶筒呈二次曲线关系。