阐述了一种液压变压器增压装置的节能思想及工作原理,提出了一种采用液压变压器的节能型封隔器高温高压性能试验装置。对封隔器高温高压性能试验装置的工作原理进行了详细论述,并建立了液压变压器增压模块的数学模型。结果表明,采用液压变压器的高温高压试验装置,能够在不产生节流能量损失的情况下正常运行,极大地减少了封隔器试验过程中的能量损耗。

为了研究非规则井眼形状中封隔器的密封性能,分析了井眼的应力场分布,并根据现场测井数据选择井眼长径比为1、1.05、1.1、1.15和1.2建立封隔器坐封有限元分析模型。根据胶筒单轴拉伸试验结果与Mooney-Rivlin、Yoeh本构模型进行拟合,优选Yoeh本构模型为胶筒橡胶材料的本构模型。对封隔器的坐封过程进行仿真分析,分析结果表明:在椭圆井眼中封隔器坐封后,胶筒与中心管壁间出现间隙,且胶筒与井壁间的接触应力分布不均匀,流体更易从胶筒与井眼长轴部位及中心管接触部位穿透,导致封隔器封隔失效;随着井眼长径比增加,胶筒与中心管壁间的间隙增加,胶筒与井壁间的接触应力减小,封隔器更易失效;当井眼长径比为1.2时,封隔器与井壁间虽有接触,但存在间隙,流体会从间隙中渗出,导致封隔器失效;针对常规封隔器在椭圆井眼中密封较差的问题,可选用分段式胶筒...

封隔器是油田生产过程中重要的井下作业工具,分为压缩式和扩张式两种,主要用于高含水油田的分层注水开发。封隔器胶筒密封性能的好坏影响油田的开发效益。然而,现场实验表明,地面常温耐压差合格的封隔器下井后经常会发生封隔失效,其耐高温性能存在严重问题。因此,创新性提出了一套封隔器胶筒高温密封性能实验装置,用于封隔器胶筒高温性能测试。

在中国西部油气井钻井过程中,多口超深井出现了严重的套管磨损,在某些特殊情况下,封隔器不得不在套管磨损段进行坐封。为了分析套管磨损段胶筒的力学行为,以单胶筒压缩式封隔器为例,分别建立均匀磨损、月牙磨损和复合磨损3种套管磨损模型,利用数值模拟方法研究了胶筒与3种磨损套管之间的接触压力以及胶筒与中心管的接触状态。分析结果表明:套管均匀磨损时胶筒与套管沿轴向分布的接触压力曲线呈“马鞍状”分布,且接触压力整体减小;套管月牙磨损导致胶筒在磨损位置处接触压力减小明显,在磨损切口两侧边出现明显的应力集中现象;相比套管均匀磨损和月牙磨损,套管复合磨损导致胶筒的接触压力减小最为严重。所得结论可为套管磨损段封隔器的密封性能综合评价提供参考。

为了减少常规压缩型封隔器失效事故,开展封隔器常用橡胶材料的单轴拉伸和压缩实验,基于实验数据和Abaqus大变形接触有限元分析,对常规压缩型封隔器力学性能进行分析,并设计一种可扩张式封隔器,研究不同压差、温度和摩擦因数对扩张胶筒密封性能的影响,最后对所设计的扩张式胶筒进行了试验研究。结果表明:常规封隔器的胶筒在完成密封的过程中,上胶筒主要起密封作用,而且受到的应力较大,过大的应力会引起常规胶筒肩部压紧而发生疲劳失效,采用扩

为了了解楔形封隔器卡瓦与套管相互作用的力学性能,为封隔器优化设计和坐封参数选择提供依据,通过分析坐封锥体和卡瓦的受力状态,得到了卡瓦与套管接触力计算公式,厘清了影响因素。应用ANSYS有限元分析软件建立了坐封锥体-卡瓦-套管有限元分析模型,分析了不同轴向坐封压力下卡瓦牙齿咬入套管的深度及卡瓦牙齿顶的应力。结果表明,越靠近楔形卡瓦尖端的卡瓦牙齿咬入套管的深度越深;随着轴向压力的增加,同一卡瓦牙齿咬入深度线性增加。一般来说,卡瓦牙咬入套管的深度不超过1mm。卡瓦接触套管后,在卡瓦牙齿尖处有较严重的应力集中现象。各个卡瓦牙的受力并不均匀,随着离坐封锥体距离的增加,各卡瓦牙齿的工作应力非线性递减。

提出了一种将封隔器模型参数化的方法,从而避免了重复建模的工作,提高了工作效率。对各种应用程序和有限元软件之间的调用具有一定的指导意义。

实际工程中封隔器常因管柱受阻力过大不能上提解封,为避免蛮横施工可采用旋转解封方式解封封隔器;封隔器工作时胶筒膨胀,计算管柱扭矩时只考虑封隔器解封力产生的扭矩;为了确保解封时管柱不发生破坏,根据管柱受力特点建立了三维模型,提出了旋转解封封隔器时不同深度处管柱扭矩的计算公式以及井口液压钳旋转圈数的计算方法,分析了影响扭矩因素,得出扭矩随井深增加而逐渐减小,随管柱横截面积增大而增大的结论。

以K344型扩张式封隔器为研究对象,建立了裸眼井中封隔器密封元件计算模型,应用有限元软件ANSYS模拟分析了坐封过程中胶筒与井壁接触压力的变化规律。结果表明：随载荷增加,胶筒与井壁接触压力逐渐增加,增加趋势先较快后相对减缓;载荷较小时,胶筒肩部和中部与井壁的接触压力基本相同,随载荷增加,胶筒肩部与井壁接触压力将大于胶筒中部与井壁接触压力。胶筒肩部在密封井壁环空压差时起关键作用,胶筒肩部与井壁的接触压力越大,封隔器密封性能越好。