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基于Arrhenius方程封隔器胶筒的寿命预测研究

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钻采工艺 2023年第2期46卷 100-105页

作者：姚辉前段风海徐善瑞张智谋熊煜朱敏涛汤鲁中国石化石油工程技术研究院有限公司德州大陆架石油工程技术有限公司页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室德州职业技术学院中国石油长庆油田分公司第四采气厂中国石油长庆油田分公司第十一采油厂

为预测封隔器胶筒的使用寿命,文章将封隔器胶筒的橡胶材料的拉伸强度作为评判封隔器胶筒密封失效的依据,采用加速老化试验方法对封隔器胶筒橡胶材料寿命进行预测研究,并根据现场应用效果统计验证预测结果。首先将与封隔器胶筒同批次的... 详细信息

为预测封隔器胶筒的使用寿命,文章将封隔器胶筒的橡胶材料的拉伸强度作为评判封隔器胶筒密封失效的依据,采用加速老化试验方法对封隔器胶筒橡胶材料寿命进行预测研究,并根据现场应用效果统计验证预测结果。首先将与封隔器胶筒同批次的四丙氟橡胶材料制成标准试样,分别在200、230、260和280℃下进行热空气加速老化试验,分析其拉伸强度与老化温度和老化时间的关系。基于Arrhenius方程原理,结合有限元分析结果和地面性能试验数据,拟合后得到退化轨迹方程,进行封隔器寿命的预测研究。研究表明:封隔器胶筒寿命与温度呈线性相关关系;应用Arrhenius方程预测封隔器胶筒寿命,其结论对现场具有较好的参考意义。

关键词： Arrhenius方程封隔器胶筒橡胶材料拉伸强度寿命预测加速老化试验

耦合蜂窝骨架及纳米流控特性封隔器胶筒力学性能分析

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耦合蜂窝骨架及纳米流控特性封隔器胶筒力学性能分析

作者：钞锐西安石油大学

学位级别：硕士

在油气田钻、完井等工艺过程中,胶筒作为封隔器重要的密封部件,其失效问题时有发生。为进一步提高封隔器胶筒的密封性能,将纳米流控系统与蜂窝骨架结构这两种新兴材料引入封隔器胶筒,将纳米流控系统独特的压力-体积变化特性及蜂窝骨架... 详细信息

在油气田钻、完井等工艺过程中,胶筒作为封隔器重要的密封部件,其失效问题时有发生。为进一步提高封隔器胶筒的密封性能,将纳米流控系统与蜂窝骨架结构这两种新兴材料引入封隔器胶筒,将纳米流控系统独特的压力-体积变化特性及蜂窝骨架模型高比强度的力学特征分别耦合在封隔器胶筒的材料属性中,取Y221型封隔器胶筒为计算模型,采用ANSYS有限元软件,开展了耦合纳米流控特性封隔器胶筒、耦合蜂窝骨架力学特性封隔器胶筒的力学性能分析,并与传统封隔器胶筒进行了对比。主要研究工作如下:(1)利用封隔器试验台对Y221封隔器胶筒进行了封隔器坐封实验,得到封隔器胶筒与套管接触应力的关系曲线;用ANSYS Workbench模块进行同条件有限元分析,得到的结果与实验所得趋势相近,进一步验证了有限元分析的可行性。(2)考虑封隔器密封胶筒的材料、几何、接触非线性特征,应用非线性有限元方法,利用Mooney-Rivlin应变能函数建立胶筒非线性材料模型,综合运用杂交网格、罚刚度算法处理几何、接触非线性导致的难收敛问题,运用ANSYS Workbench模块研究坐封载荷、摩擦因数对封隔器胶筒力学性能的影响。(3)采用β型沸石-水系统配置纳米流控系统;在自制的纳米流控系统实验台上,测得纳米系统的压力-体积特性曲线,并将此曲线耦合到封隔器胶筒材料属性中;利用橡胶材料制作正六边形蜂窝骨架,利用疲劳试验机对正六边形橡胶蜂窝骨架进行压缩实验,得到有限元分析所需的蜂窝骨架力学特性曲线;将此曲线耦合到封隔器胶筒材料属性中,研究坐封载荷、摩擦因数对两种胶筒力学性能的影响,并与传统封隔器胶筒的力学性能进行对比分析。研究表明,在施加不同的坐封载荷下,耦合纳米流控系统特性的封隔器胶筒完全坐封的压缩距相比传统封隔器胶筒提升了 17.3%,耦合蜂窝骨架特性的封隔器胶筒完全坐封的压缩距相比传统封隔器胶筒提升了11.6%,而且两种胶筒与套管的接触应力均大于传统胶筒;耦合纳米流控系统特性胶筒、耦合蜂窝骨架特性胶筒在不同摩擦因数作用下与套管之间的接触应力均比传统胶筒提升1.5MPa以上,说明密封效果更优。

关键词：封隔器胶筒纳米流控系统橡胶蜂窝骨架密封性力学性能

封隔器胶筒的非正态分布变量对其可靠性灵敏度的影响

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润滑与密封 2019年第8期44卷 49-54,67页

作者：张付英李天天张玉飞天津科技大学机械工程学院天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室

针对工程实际中涉及非正态分布变量的封隔器胶筒密封不可靠问题,建立胶筒力学可靠性模型,提出Edgeworth级数和四阶矩的机械可靠性灵敏度数值分析方法;对密封胶筒力学模型的随机变量进行可靠性灵敏度对比分析,得出结构参数对封隔器胶筒... 详细信息

针对工程实际中涉及非正态分布变量的封隔器胶筒密封不可靠问题,建立胶筒力学可靠性模型,提出Edgeworth级数和四阶矩的机械可靠性灵敏度数值分析方法;对密封胶筒力学模型的随机变量进行可靠性灵敏度对比分析,得出结构参数对封隔器胶筒可靠性的影响规律。结果表明:服从正态分布的几何尺寸比非正态分布的工作压差、密封载荷对封隔器胶筒可靠性的影响更显著,而非正态随机变量中,工作压差对胶筒密封可靠性的影响大于密封载荷的影响;随机方差灵敏度的增加,都会使胶筒趋向不可靠,但不同结构变量方差灵敏度的变化对胶筒密封可靠性的影响不尽相同。通过实例胶筒的可靠性灵敏度设计计算,验证该方法的有效性和准确性,工程应用中该方法可作为封隔器胶筒结构参数定量设计和可靠性设计的依据。

关键词：封隔器胶筒非正态分布灵敏度分析结构可靠性

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封隔器胶筒关键因素分析及创新概念设计

机械设计 2020年第5期37卷 98-105页

作者：张付英董城城水浩澈杨俊梅天津科技大学机械工程学院天津300222 天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室天津300222

胶筒密封的失效会给石油开采工艺带来难以估量的损失。在获取用户对密封胶筒可靠性需求的基础上,通过二元比较和多粒度粗糙集集成的方法计算用户需求的耦合权重,应用产品规划质量屋(Quality Function Deployment,QFD)将用户需求转换为... 详细信息

胶筒密封的失效会给石油开采工艺带来难以估量的损失。在获取用户对密封胶筒可靠性需求的基础上,通过二元比较和多粒度粗糙集集成的方法计算用户需求的耦合权重,应用产品规划质量屋(Quality Function Deployment,QFD)将用户需求转换为技术特性,最终识别出影响胶筒密封可靠性的关键因素并确定其重要度,运用模糊聚类分析将胶筒密封可靠性影响因素进行归类。最后,应用TRIZ理论对胶筒进行创新设计。该文对于研究提高胶筒密封可靠性的措施和对胶筒进行可靠性设计具有重要意义。

关键词：封隔器胶筒 QFD 模糊聚类分析创新设计

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封隔器胶筒密封性能影响因素分析

润滑与密封 2014年第7期39卷 40-43页

作者：彭惠芬王程王鹏东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318 大庆油田有限责任公司钻探工程公司黑龙江大庆163453

利用罚函数法将接触面约束条件引入势能泛函,建立封隔器胶筒有限元方程,采用Newmark法进行数值求解,分析封隔器胶筒几何参数和物理参数对封隔器密封性能的影响。研究结果表明:胶筒与套管间接触压力随胶筒长度的增加而增大,这种增长趋势... 详细信息

利用罚函数法将接触面约束条件引入势能泛函,建立封隔器胶筒有限元方程,采用Newmark法进行数值求解,分析封隔器胶筒几何参数和物理参数对封隔器密封性能的影响。研究结果表明:胶筒与套管间接触压力随胶筒长度的增加而增大,这种增长趋势在胶筒长度达到一定数值后趋于减缓;胶筒与套管间接触压力随胶筒厚的增加而增大,而压缩变形随胶筒厚度增加而逐渐减小;胶筒的材料参数设计要求在满足密封要求的前提下,选择较大的胶筒材料系数。

关键词：封隔器胶筒接触压力罚函数密封性能

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封隔器胶筒高温高压密封性能检测试验研究

润滑与密封 2020年第7期45卷 23-27页

作者：郭飞温天政黄毅杰宋炜贾晓红王玉明清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 天鼎联创密封技术(北京)有限公司北京100072

设计研制一种封隔器胶筒密封性能试验装置。该装置可模拟油井下350℃高温、20 MPa高压恶劣工况,能够模拟封隔器胶筒坐封过程,能够对封隔器胶筒的密封性能进行检测。借助试验装置对不同形式的胶筒进行环空密闭试验,测试了不同形式封隔器... 详细信息

设计研制一种封隔器胶筒密封性能试验装置。该装置可模拟油井下350℃高温、20 MPa高压恶劣工况,能够模拟封隔器胶筒坐封过程,能够对封隔器胶筒的密封性能进行检测。借助试验装置对不同形式的胶筒进行环空密闭试验,测试了不同形式封隔器胶筒在不同介质下环空腔内压力变化规律,得到了试验后胶筒的形变状态、腐蚀破损情况,检验了各形式胶筒在高温高压工况下的密封性能,为封隔器胶筒的设计和改进提供可靠的试验依据。

关键词：稠油热采封隔器胶筒高温高压试验装置密封性能

基于正交试验的压缩式封隔器胶筒的结构参数优化

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天然气工业 2019年第3期39卷 80-84页

作者：张智祝效华许建波成都中腾石油工程技术有限公司西南石油大学机电工程学院中石化胜利石油工程有限公司井下作业公司

主要用于封隔油管与套管环形空间的封隔器胶筒在现场使用中常常出现密封失效和撕裂失效等问题。为了解决上述突出问题,基于虚功原理、Von Mises屈服原则及接触非线性理论,建立了压缩式封隔器胶筒工作中的三维有限元计算模型,采用正交优... 详细信息

主要用于封隔油管与套管环形空间的封隔器胶筒在现场使用中常常出现密封失效和撕裂失效等问题。为了解决上述突出问题,基于虚功原理、Von Mises屈服原则及接触非线性理论,建立了压缩式封隔器胶筒工作中的三维有限元计算模型,采用正交优化方法,对胶筒的关键结构参数长度、厚度和倒角尺寸进行了优化,获得了胶筒关键结构参数的最优组合方案,并对优化前后封隔器胶筒的力学性能进行了对比分析。研究结果表明:①对胶筒密封性能影响由大到小的因素排序为:厚度、倒角尺寸、长度;②胶筒关键结构参数的最优组合应为长度80 mm、厚度20 mm、倒角尺寸10 mm;③较之于优化前,优化后的胶筒与套管间的最大接触应力平均提高70.44%、胶筒最大Mises应力平均降低15.72%、胶筒的压缩距平均降低37.82%;④在相同坐封载荷作用下,优化后的胶筒增大了胶筒与套管间的接触应力、降低了胶筒自身的Mises应力。结论认为,经过参数优化后的封隔器胶筒能够更好地满足现场使用中的密封性能和寿命要求。

关键词：封隔器胶筒正交优化接触应力 Von-Mises 应力压缩距密封性能使用寿命

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高温高压下封隔器胶筒的密封性能和结构优化

橡胶参考资料 2022年第4期52卷 33-41页

作者：李兴忠(编译) 不详

目前,我国许多油田已进入生产中后期。为保证油气生产的稳定性,非常规油气储藏和低渗透油储藏是勘探开发的主要目标。但由于其渗透率低、产量低,需要对油气井进行压裂。水平井分段压裂技术是在低渗透油储藏勘探过程中提高油气产量和采... 详细信息

目前,我国许多油田已进入生产中后期。为保证油气生产的稳定性,非常规油气储藏和低渗透油储藏是勘探开发的主要目标。但由于其渗透率低、产量低,需要对油气井进行压裂。水平井分段压裂技术是在低渗透油储藏勘探过程中提高油气产量和采收率的先进有效措施,并且封隔器是成功完成多级压裂的关键设备。然而,为了满足油储藏的高压高温条件,对封隔器胶筒的材料和结构提出了很高的要求。

关键词：封隔器胶筒油气生产水平井分段压裂多级压裂油气产量密封性能高压高温勘探过程

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新型封隔器胶筒防突装置的设计及分析

工程设计学报 2017年第3期24卷 359-364页

作者：黎伟宋伟雷鸿翔黎宗琪李斌西南石油大学机电工程学院四川成都610500 西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室四川成都610500 中国石油集团川庆钻探工程有限公司井下作业公司四川成都610051

为了防止封隔器胶筒在大间隙和高压差工况下肩部突出,提高封隔器的封隔能力,针对传统防突装置的不足设计了一种伞式完全防突装置。首先,使用有限元软件对无防突装置、安装部分防突装置和使用完全防突装置的胶筒在封隔大间隙工况下的密... 详细信息

为了防止封隔器胶筒在大间隙和高压差工况下肩部突出,提高封隔器的封隔能力,针对传统防突装置的不足设计了一种伞式完全防突装置。首先,使用有限元软件对无防突装置、安装部分防突装置和使用完全防突装置的胶筒在封隔大间隙工况下的密封性能进行了对比分析,发现使用完全防突装置时胶筒的最大Von Mises应力最小、封隔能力最强。其次,介绍了伞式防突装置的结构和工作原理,对其机构进行了分析。同时设计了一款适用于Y111-150型封隔器胶筒的伞式防突装置,验证了机构不会发生自锁,各零部件之间也无干涉发生。当防突装置翼板展开防突时,连杆两端处的销钉受力最大,此处易发生失效;当防突装置用于大间隙、高压差封隔时可适当增加这2处销钉的直径和连杆的厚度。研究结果对封隔器防突装置的设计具有一定参考意义。

关键词：封隔器胶筒完全防突伞式翼板