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封隔器卡瓦咬合过程受力模拟研究

石油矿场机械 2004年第B8期33卷 11-13页

作者：李桐马庆贤崔奋清华大学机械工程系北京100084 吐哈油田机械厂新疆哈密839009

文章采用云纹法物理模拟技术和有限元法数值模拟技术相结合的方法 ,对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究 ,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律 ,发现了卡瓦各齿受力不均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响。上述研究结果为改... 详细信息

文章采用云纹法物理模拟技术和有限元法数值模拟技术相结合的方法 ,对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究 ,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律 ,发现了卡瓦各齿受力不均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响。上述研究结果为改善卡瓦结构。

关键词：封隔器卡瓦云纹法有限元法

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水平井封隔器卡瓦的有限元分析及结构改进

石油钻采工艺 2013年第4期35卷 78-81页

作者：王志坚邓卫东林忠超尚晓峰王洋沈阳航空航天大学机电工程学院辽宁沈阳110136 大庆油田采油工程研究院黑龙江大庆163453

在石油钻采中,封隔器卡瓦承受巨大压力易发生断裂,直接影响到封隔器的密封性能,从而影响油井的开采过程及生产安全。运用有限元分析软件ANSYS Workbench对卡瓦进行有限元数值模拟分析。施加140 kN载荷时,卡瓦最大应力为230.11 MPa,超过... 详细信息

在石油钻采中,封隔器卡瓦承受巨大压力易发生断裂,直接影响到封隔器的密封性能,从而影响油井的开采过程及生产安全。运用有限元分析软件ANSYS Workbench对卡瓦进行有限元数值模拟分析。施加140 kN载荷时,卡瓦最大应力为230.11 MPa,超过其材料的最大抗压强度;对卡瓦封隔器试验模型进行压裂试验,试验施加压力为186.33 kN时卡瓦发生断裂,测得抗压强度为233 MPa;对卡瓦进行结构设计,卡瓦牙间距尺寸分别为15 mm、25 mm和30 mm。根据有限元分析结果,卡瓦牙间距为30 mm时卡瓦应力、应变分布趋于均匀,所承受的最大载荷为240 kN,最大应力为230.66 MPa、最大变形量为0.058mm,证明此卡瓦结构尺寸较为合理。

关键词：封隔器卡瓦有限元分析压裂试验卡瓦牙间距载荷—应力、变形曲线

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封隔器仿生六棱柱齿状卡瓦微牙痕及稳定性

科学技术与工程 2022年第15期22卷 6075-6083页

作者：徐建宁邓冲李万钟西安石油大学机械工程学院西安710065

为解决常规封隔器卡瓦在长期锚定套管壁时,卡瓦牙与套管接触面形成咬痕,过大的嵌入深度可能会导致套管损坏、失效,使套管壁遭到破坏。通过对比常规齿状卡瓦牙型结构参数,构建仿生六棱柱齿状卡瓦牙型结构参数,建立锥体-卡瓦-套管三维接... 详细信息

为解决常规封隔器卡瓦在长期锚定套管壁时,卡瓦牙与套管接触面形成咬痕,过大的嵌入深度可能会导致套管损坏、失效,使套管壁遭到破坏。通过对比常规齿状卡瓦牙型结构参数,构建仿生六棱柱齿状卡瓦牙型结构参数,建立锥体-卡瓦-套管三维接触有限元模型,采用有限元数值模拟和正交优化相结合的方法得出仿生六棱柱齿状卡瓦最佳牙型结构参数为:卡瓦牙倾角α′=18°、正六边形外接圆直径d=6 mm、相邻六棱柱卡瓦牙间距s=0.5 mm、卡瓦牙上底高c=0.5 mm和卡瓦锥角γ′=15°。结果表明:优化后的仿生六棱柱齿状卡瓦比优化后的常规齿状卡瓦在套管内表面产生的应力减小了14.61%~15.25%,牙痕深度了减小44.12%~47.10%,可见仿生六棱柱齿状卡瓦的微牙痕效果。同时,由数值模拟得出不同摩擦系数下常规齿状卡瓦和仿生六棱柱齿状卡瓦与套管接触压力的合力随时间变化曲线,摩擦应力的合力随时间变化曲线和接触面积随时间变化曲线,从曲线可以得出仿生六棱柱齿状卡瓦的稳定性要优于常规齿状卡瓦。

关键词：封隔器卡瓦仿生六棱柱有限元仿真微牙痕稳定性

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封隔器仿生鳞片齿卡瓦微牙痕及稳定性研究

石油机械 2022年第7期50卷 98-106页

作者：李万钟邓冲徐建宁西安石油大学机械工程学院

传统封隔器卡瓦在长期锚定套管内壁时,卡瓦牙与套管接触面会形成咬痕,过大的咬入深度可能会导致套管内壁遭到破坏,甚至失效。通过建立常规齿和仿生鳞片齿卡瓦牙与弹性套管半空间体接触模型,推导出在弹性区域和塑性区域内卡瓦牙与套管相... 详细信息

传统封隔器卡瓦在长期锚定套管内壁时,卡瓦牙与套管接触面会形成咬痕,过大的咬入深度可能会导致套管内壁遭到破坏,甚至失效。通过建立常规齿和仿生鳞片齿卡瓦牙与弹性套管半空间体接触模型,推导出在弹性区域和塑性区域内卡瓦牙与套管相互作用力和压入深度的关系。并且对比常规齿卡瓦牙型结构参数,构建了仿生鳞片齿卡瓦牙型结构参数,建立了锥体-卡瓦-套管三维接触有限元模型,采用有限元数值模拟和正交优化相结合的方法得出仿生鳞片齿卡瓦最佳牙型结构参数为:卡瓦牙倾角β′=90°、卡瓦锥角γ′=15°、卡瓦牙顶角α′=72°、鳞片齿长半轴R=5 mm、鳞片齿短半轴r=3 mm。研究结果表明:优化后的仿生鳞片齿卡瓦比优化后的常规齿卡瓦在套管内表面产生的应力减小了7.8%,牙痕深度减小了18.6%,证明了仿生鳞片齿卡瓦的微牙痕效果。由数值模拟得出不同摩擦因数下常规齿卡瓦和仿生鳞片齿卡瓦与套管接触压力的合力随时间变化曲线,摩擦应力的合力随时间变化曲线和接触面积随时间变化曲线,从曲线可以看出仿生鳞片齿卡瓦的稳定性比常规齿卡瓦更优。研究结果可为封隔器的研究与应用提供参考。

关键词：封隔器卡瓦仿生鳞片齿摩擦因数微牙痕稳定性

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