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整体式卡瓦齿槽结构优化

工程设计学报 2019年第5期26卷 534-543页

作者：郝地龙何霞王国荣易建国陈彰斌西南石油大学机电工程学院四川成都610500 西南石油大学能源装备研究院四川成都610500 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 四川省威沃敦化工有限公司四川广汉618304 株洲时代新材料科技股份有限公司湖南株洲412007

为提高可溶桥塞中整体式卡瓦的承载能力,对卡瓦齿槽结构进行了优化。首先,开展整体式卡瓦承载能力实验并分析卡瓦失效的原因。然后,应用有限元法建立了整体式卡瓦及与之接触部件的六分之一模型和广义接触关系,分析了单一齿槽结构参数对... 详细信息

为提高可溶桥塞中整体式卡瓦的承载能力,对卡瓦齿槽结构进行了优化。首先,开展整体式卡瓦承载能力实验并分析卡瓦失效的原因。然后,应用有限元法建立了整体式卡瓦及与之接触部件的六分之一模型和广义接触关系,分析了单一齿槽结构参数对卡瓦锚定效果的影响,并通过正交试验优选出最佳齿槽结构参数:前排齿槽轴心线距离卡瓦前端25 mm,前后排齿槽轴向间距为15 mm,齿槽轴心线夹角为20°,齿槽轴心线倾角为20°,齿槽深度为7 mm。最后,对齿槽结构优化后的整体式卡瓦进行实物加工并开展承载能力实验,结果表明该卡瓦的轴向承载力可达629 kN,能够承受内径为114.3 mm的套管在井下70 MPa压力环境中受到的轴向载荷。仿真和实验结果表明整体式卡瓦齿槽结构参数对卡瓦的承载能力有重要影响,研究结果对镶齿类整体式卡瓦结构设计具有重要参考价值。

关键词：可溶桥塞整体式卡瓦承载能力仿真分析

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整体式卡瓦断裂过程的有限元分析

石油机械 2010年第5期38卷 52-54页

作者：刘汝福吴晋霞中原油田分公司采油工程技术研究院中国石油大学(北京)机电学院

耐高温高压封隔器大都采用整体式双向卡瓦,而国内缺乏对整体式卡瓦受力及断裂过程的相关研究。为此,运用现代设计理论及ANSYS软件,对整体式卡瓦断裂过程进行了有限元分析,得到了卡瓦的初次断裂、二次断裂及最终断裂临界点,绘制出卡瓦外... 详细信息

耐高温高压封隔器大都采用整体式双向卡瓦,而国内缺乏对整体式卡瓦受力及断裂过程的相关研究。为此,运用现代设计理论及ANSYS软件,对整体式卡瓦断裂过程进行了有限元分析,得到了卡瓦的初次断裂、二次断裂及最终断裂临界点,绘制出卡瓦外载荷-轴向位移关系曲线图。有限元分析结果为以后根据封隔器实际工作情况设定合理的坐封载荷及对整体式卡瓦的结构尺寸进行优化设计提供了参考依据。

关键词：封隔器整体式卡瓦断裂过程有限元分析

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整体式卡瓦牙型结构优化及试验研究

石油机械 2012年第6期40卷 83-86,97页

作者：张俊亮刘汝福李丽云宋志强中原油田采油工程技术研究院中国石化国际石油工程有限公司

整体式卡瓦牙型结构若设计不合理会直接影响封隔器的坐封力和锚定效果。以适用于177.8 mm套管的整体式卡瓦为例进行研究,采用ANSYS软件建立模型,利用应力瞬态特性分析方法,对不同参数下的牙齿倾角α、牙齿角度β、牙齿间宽度d和卡瓦... 详细信息

整体式卡瓦牙型结构若设计不合理会直接影响封隔器的坐封力和锚定效果。以适用于177.8 mm套管的整体式卡瓦为例进行研究,采用ANSYS软件建立模型,利用应力瞬态特性分析方法,对不同参数下的牙齿倾角α、牙齿角度β、牙齿间宽度d和卡瓦锥角γ进行应力分析。在相同的边界条件下,根据不同牙型参数下的应力值,综合分析得出α=70°、β=75°、d=70 mm、γ=13°时,卡瓦载荷分布均匀,无应力集中现象,为最合理的牙型参数。试验结果表明,在150℃的条件下,密封压力64.5 MPa时,整体式卡瓦有效开裂,均匀咬合套管内壁且锚定力满足工作要求。

关键词：封隔器整体式卡瓦牙型角有限元分析结构优化

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整体式卡瓦断裂压力的试验研究

钻采工艺 2016年第4期39卷 67-69,5-6页

作者：刘景超王晓马认琦董健李清涛王世强中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司

为了解决整体式卡瓦设计断裂压力过大或过小的问题,进行了整体式卡瓦断裂的试验研究,获得了不同开槽长度下整体式卡瓦的断裂压力,并与理论计算的设计断裂压力进行对比分析,结果表明,在不同开槽长度下,整体式卡瓦设计断裂压力均大于试验... 详细信息

为了解决整体式卡瓦设计断裂压力过大或过小的问题,进行了整体式卡瓦断裂的试验研究,获得了不同开槽长度下整体式卡瓦的断裂压力,并与理论计算的设计断裂压力进行对比分析,结果表明,在不同开槽长度下,整体式卡瓦设计断裂压力均大于试验断裂压力。基于整体式卡瓦的试验断裂压力,建立了断裂压力与开槽长度之间的拟合关系式T=0.045l^2-7.38l+291.88,为整体式卡瓦断裂压力的设计提供了参考依据。

关键词：封隔器整体式卡瓦断裂压力试验研究

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可溶桥塞整体式卡瓦结构优化设计

石油钻探技术 2019年第1期47卷 69-75页

作者：郝地龙何霞王国荣方兴廖代胜方海辉西南石油大学机电工程学院四川成都610500 西南石油大学能源装备研究院四川成都610500 油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学) 四川成都610500

为提高可溶桥塞整体式卡瓦的锚定效果,以适用于φ95. 0 mm可溶桥塞的整体式卡瓦为例,对其结构进行了优化设计。通过整体式卡瓦断裂试验和断裂数值模拟发现,在轴向载荷作用下,整体式卡瓦应力槽在其长度1/2处所受应力达到抗拉强度时,卡瓦... 详细信息

为提高可溶桥塞整体式卡瓦的锚定效果,以适用于φ95. 0 mm可溶桥塞的整体式卡瓦为例,对其结构进行了优化设计。通过整体式卡瓦断裂试验和断裂数值模拟发现,在轴向载荷作用下,整体式卡瓦应力槽在其长度1/2处所受应力达到抗拉强度时,卡瓦断裂张开。基于此规律,通过数值模拟将整体式卡瓦的结构优化为采用6个均匀分布的应力槽,应力槽长25. 0 mm、厚2. 0 mm、宽4. 0 mm,距前端25. 0 mm、后端10. 0 mm。结构优化后卡瓦的断裂力为72 k N,达到了φ95. 0 mm可溶桥塞坐封时卡瓦断裂力的要求,且数值模拟及断裂试验均表明,结构优化后的整体式卡瓦不再呈C字形张开,其承压能力更强,卡瓦的锚定效果更好。研究结果表明,可溶桥塞整体式卡瓦的结构经优化设计后,其断裂力明显降低,能避免呈C字形张开,其锚定效果得到增强。

关键词：可溶桥塞整体式卡瓦结构设计数值模拟

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水平井压裂可溶桥塞的锚定性能分析

水平井压裂可溶桥塞的锚定性能分析

作者：谭勇长江大学

学位级别：硕士

随着我国页岩气等非常规油气田的开采技术不断发展,泵送可溶桥塞射孔分段压裂技术在页岩气开采中得到了广泛的应用。但可溶桥塞在现场使用中常出现坐封不稳、卡瓦易损坏及套管受损等现象,严重影响了生产。本文以现场使用的某型号可溶桥... 详细信息

随着我国页岩气等非常规油气田的开采技术不断发展,泵送可溶桥塞射孔分段压裂技术在页岩气开采中得到了广泛的应用。但可溶桥塞在现场使用中常出现坐封不稳、卡瓦易损坏及套管受损等现象,严重影响了生产。本文以现场使用的某型号可溶桥塞的锚定结构为研究对象,通过引入金属延性损伤,还原了可溶桥塞整体式卡瓦本体的断裂过程,并且通过显式动力学模拟了桥塞锚定结构的真实坐封过程,并在此基础上,研究了不同坐封载荷对锚定性能的影响,分析了卡瓦本体结构参数齿槽轴心线夹角、齿槽轴心线倾角、齿槽深度、齿槽间距和齿槽前端距对锚定性能的影响规律,并对其进行了结构参数优化。本文的主要研究内容和结论如下:(1)在14T的轴向坐封载荷作用下,卡瓦本体的断裂先从应力槽前端开始,当应力槽长度的一半以上超过材料抗拉强度时,卡瓦才发生断裂;卡瓦本体从开始承受载荷到最终断裂,内部应力先增大后逐渐减小,经历了应力集中、塑形变形、裂纹产生以及最终断裂四个阶段。整体式卡瓦在锚定坐封过程中能实现均匀断裂,且分瓣后的卡瓦咬合套管内壁的应力分布规律基本相同,但由于坐封载荷过大,卡瓦本体结构遭到了破坏。(2)针对不同载荷对锚定性能的影响分析可知,随着坐封载荷的不断增加,套管对应卡瓦齿咬痕处的等效应力和咬合深度逐渐减小,遭到破坏的齿槽部位面积不断增大,且卡瓦本体会与套管内壁发生接触,导致卡瓦齿穿透了齿槽底部,严重影响了卡瓦本体的结构强度;桥塞锚定结构在10T的坐封载荷下性能最优。(3)针对可溶桥塞锚定性能的影响分析可知,齿槽夹角和间距太小会使齿槽间应力集中现象加剧;夹角过大会使应力槽两侧应力集中,破坏了应力槽的断裂,齿槽间距太大会使部分齿的咬合深度减小,降低卡瓦锚定效果的均匀性;齿槽倾角太小或深度较浅,会降低齿槽抗倾覆能力,齿槽间应力集中现象严重,倾角太大会导致卡瓦本体与套管内壁接触,深度较深会导致前排齿槽底部危险截面过小,齿槽底部遭到破坏,卡瓦本体断裂不均匀;齿槽前端距太小会降低卡瓦前端强度,导致顶端的齿槽遭到破坏而锚定失效,齿槽前端距太大会导致卡瓦本体断裂不均匀,从而影响了桥塞锚定稳定性。(4)基于第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),选择最优拉丁超立方试验设计方法对卡瓦本体结构参数进行采样,并构造BP神经网络代理模型。以提升锚定性能为目标,完成了卡瓦本体结构参数的优化。优化结果表明,在保障套管和卡瓦本体结构强度满足作业需求的条件下,优化后的锚定结构咬合深度最大值增加了18.56%,极差值降低了7.61%,卡瓦本体结构对可溶桥塞的锚定性能有显著改善。

关键词：可溶桥塞整体式卡瓦显式动力学结构优化

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镶齿型可溶桥塞卡瓦结构优化

现代机械 2022年第6期 58-63页

作者：谭勇冯德华杨志超程荫李龙飞长江大学机械工程学院湖北荆州434022 中石化江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司湖北武汉430040

可溶桥塞是油气开采过程中必备的井下工具,其卡瓦机构直接影响其锚定性能。本文结合可溶桥塞的工作特点和受力分析,应用显式动力学模拟桥塞锚定过程,分析了单一卡瓦结构参数对锚定性能的影响。分析结果表明:随着齿槽轴心线夹角和齿槽轴... 详细信息

可溶桥塞是油气开采过程中必备的井下工具,其卡瓦机构直接影响其锚定性能。本文结合可溶桥塞的工作特点和受力分析,应用显式动力学模拟桥塞锚定过程,分析了单一卡瓦结构参数对锚定性能的影响。分析结果表明:随着齿槽轴心线夹角和齿槽轴心线倾角的增加,卡瓦牙与套管间的接触压力和咬合深度逐渐减小,锚定效果逐渐减弱;齿槽深度、卡瓦牙间距和前端距对卡瓦的结构强度影响较大,通过破坏卡瓦本体的结构强度,进而影响锚定效果的稳定性。最后以最大接触应力和咬合深度极差值为评价指标,应用正交实验优选出最佳卡瓦结构参数组合:齿槽轴心线夹角11°,齿槽轴心线倾角70°,齿槽深度7.0 mm,卡瓦牙间距21 mm,前端距22 mm。

关键词：可溶桥塞整体式卡瓦有限元分析正交实验

SCY-FYQSF型可钻桥塞整体卡瓦结构试验研究

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化工管理 2015年第7期 162-163页

作者：田浩然胜利油田石油工程技术研究院山东东营257000

桥塞的卡瓦在管柱坐封时起到支撑桥塞、锁定胶筒的作用,卡瓦结构设计合理与否影响着桥塞坐封力和锚定效果的好坏,常规的整体式卡瓦在实际现场应用中常不能均匀裂开,从而影响了桥塞的坐封和锚定效果,以适用于Φ139.7mm套管的整体式卡瓦... 详细信息

桥塞的卡瓦在管柱坐封时起到支撑桥塞、锁定胶筒的作用,卡瓦结构设计合理与否影响着桥塞坐封力和锚定效果的好坏,常规的整体式卡瓦在实际现场应用中常不能均匀裂开,从而影响了桥塞的坐封和锚定效果,以适用于Φ139.7mm套管的整体式卡瓦为例进行研究,通过对其结构的优化,将常规卡瓦应力槽均布的方式,优化为应力槽深浅相间的分布方式。试验结果表明,在温度120℃工况下,密封压力可达60MPa,整体卡瓦均匀裂开,锚定力690KN,满足油田的现场施工要求。

关键词：可钻桥塞整体式卡瓦应力槽试验研究结构优化

高温高压井完井封隔器卡瓦力学分析及有限元数值模拟

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石油矿场机械 2015年第4期44卷 51-54页

作者：窦益华陈家元曹银萍秦彦斌西安石油大学机械工程学院西安710065

针对井底高温高压环境容易造成卡瓦牙变形、断裂、严重损害套管等问题,应用静力学理论建立THT完井封隔器卡瓦力学模型进行力学分析,推导出卡瓦牙咬合时的正应力与剪切应力;利用ANSYS Workbench有限元软件,建立了卡瓦-套管咬合三维有限... 详细信息

针对井底高温高压环境容易造成卡瓦牙变形、断裂、严重损害套管等问题,应用静力学理论建立THT完井封隔器卡瓦力学模型进行力学分析,推导出卡瓦牙咬合时的正应力与剪切应力;利用ANSYS Workbench有限元软件,建立了卡瓦-套管咬合三维有限元模拟模型。结果表明:卡瓦牙应力和套管内壁接触应力沿轴向与周向分布都不均匀,在轴向上靠近加载端应力较大起主要锚定作用,远离加载端应力逐渐减小,几乎不起作用;周向上应力几乎沿几何对称面对称分布,对称面附近是主要咬合区。可针对上述应力分布特点对卡瓦结构进行优化设计。

关键词：整体式卡瓦完井封隔器力学分析有限元