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隨著油田進(jìn)入中、后期開發(fā)，油井井筒狀況不斷惡化，油井出水的情況越發(fā)嚴(yán)重。針對這種情況通常需要進(jìn)行油井堵水的工藝。而目前堵底水工藝中使用的常規(guī)的封隔器不能進(jìn)行驗封，無法確定封隔器坐封質(zhì)量及整體管柱封堵效果是否可靠，為此研制了一種自驗封丟手封隔器。
所謂自驗封封隔器就是封隔器可以檢驗自己的坐封狀況，其工作原理是在封隔器坐封以后，打開驗封通道，將液流引到兩個坐封膠筒之間，地面觀察壓力情況，如果壓力不降低，說明兩個膠筒都坐封完好，整個封隔器坐封完好，達(dá)到坐封要求；如果壓力降低，說明至少有一個膠筒坐封不完好，整個封隔器沒有達(dá)到坐封要求，需要采取后續(xù)措施進(jìn)行補(bǔ)救。
在坐封過程中，下隔環(huán)固定不動，上隔環(huán)和中心管一起向下運(yùn)動，壓縮上膠筒和下膠筒，同時上膠筒推動驗封隔環(huán)向下運(yùn)動。坐封完全以后，中心管上的驗封孔和隔環(huán)上的驗封孔聯(lián)通，液流進(jìn)入上膠筒和下膠筒之間進(jìn)行驗封。
坐封完全以后驗封隔環(huán)向下運(yùn)動的距離為下膠筒壓縮距，中心管和上隔環(huán)向下運(yùn)動距離為上膠筒和下膠筒壓縮距的總和，因此中心管上的驗封孔和驗封隔環(huán)上的驗封孔的距離應(yīng)該為上膠筒的壓縮距。在傳統(tǒng)的封隔器膠筒設(shè)計中，假設(shè)膠筒壓縮前后的體積不變，可以粗略計算膠筒的壓縮距。
根據(jù)參數(shù)運(yùn)用ABAQUS軟件進(jìn)行建模，并對模型進(jìn)行簡化，等效為平面軸對稱問題。在有限元分析過程中，將中心管和上隔環(huán)簡化成一個零件，并且由于套管、上隔環(huán)、驗封隔環(huán)和下隔環(huán)為鋼制件，變形遠(yuǎn)小于橡膠可以當(dāng)作剛體處理。上隔環(huán)上的參考點位置和驗封隔環(huán)上的參考點位置分別代表驗封孔中心線的位置。橡膠材料采用橡膠材料采用Yeoh模型。
杭州那泰有限元分析公司將假設(shè)為剛體的套管、上隔環(huán)、驗封隔環(huán)和下隔環(huán)的解析剛性面為主面。膠筒的外表面定義為從面。接觸面相互作用的屬性定義為有限滑移、摩擦因數(shù)為0.2的罰函數(shù)摩擦公式，結(jié)構(gòu)采用四邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，定義單元為cax4h。在模型上施加邊界條件和載荷時，把下隔環(huán)和套管全約束，建立兩個分析步，第一步上隔環(huán)向下運(yùn)動0.1mm保證計算平穩(wěn)的建立起來，第二步對上隔環(huán)施加向下的20t的集中力載荷。
為了論述的方便，定義了4個接觸面分別為密封面Ⅰ、密封面Ⅱ、密封面Ⅲ和密封面Ⅳ。滿足驗封的前提是必須保證四個密封面全部密封。目前，判斷橡膠密封成功多采用以下條件：①最大接觸壓應(yīng)力大于介質(zhì)壓力。②剪切應(yīng)力小于材料的抗剪強(qiáng)度。根據(jù)四個密封面分別建立四條路徑。
由四個密封而的接觸應(yīng)力可以看出，四個密封面的接觸應(yīng)力都有一定的寬度大于15MPa。因此4個密封面都可以達(dá)到密封的效果。并且由膠筒的mises應(yīng)力云圖可以看出膠筒的最大應(yīng)力在和隔環(huán)接觸的肩部，其最大應(yīng)力為10MPa左右，而丁腈橡膠的抗剪強(qiáng)度一般在12MPa以上，因此滿足橡膠密封的二兩條件。通過軟件測量壓縮以后上隔環(huán)參考點和驗封隔環(huán)參考點的距離為3.2mm，即2個驗封孔的中心線距離為3.2mm，兩個驗封孔處于聯(lián)通狀態(tài)，可以進(jìn)行后續(xù)的驗封動作，驗證了前期的驗封孔距離設(shè)計合理。
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