大膨脹量封隔器的設計及其力學模型的研究.pdf

1、本課題是根據(jù)國內的油田的需求,受西安的某石油公司的委托,對大膨脹量封隔器進行設計與研究。課題以增大封隔器的膨脹量,達到密封油田中油井套管的目的,結合現(xiàn)代的設計方法和CAE技術,對封隔器進行了整體的設計,對復合結構中鋼帶和橡膠以及橡膠的不同區(qū)域分別進行了力學計算,對鋼帶和復合結構分別進行了結構靜力學分析。
　　 隨著油田的不斷開發(fā),我國可進行高產(chǎn)的油田越來越少,面臨的工況環(huán)境越來越差。在采油過程中一些工程技術因素或是地質環(huán)境的破壞

2、等原因,都會造成油井套管的損壞,必須對套管進行修補,這樣就產(chǎn)生了一個縮徑,造成傳統(tǒng)的封隔器不適合這種變形油井的使用。為了更加合理開發(fā)油田,提高油田采油效率,本課題進行了大膨脹量封隔器的研究。國內現(xiàn)在的小直徑封隔器的研究重點都是在膠筒新材料的開發(fā)上,本課題提出了一種新的密封設備,對膠筒的結構進行改進,采用鋼帶與橡膠相結合的復合結構膨脹體。對封隔器進行了整體結構的設計,并應用了三維實體建模技術和有限元分析技術,對封隔器進行實體建模和數(shù)值模擬

3、。由于復合結構中含有鋼帶和橡膠兩種材料,所以要對他們分別進行計算,本課題對鋼帶進行了受力分析計算,建立出鋼帶尺寸與徑向壓力之間的關系式,優(yōu)化了鋼帶的結構和尺寸,使鋼帶更加容易彎曲,并且軸向壓力更大。對橡膠的被支撐部分和懸空部分分別進行了計算,分別建立了受鋼帶壓力的橡膠和套管的接觸應力之間的關系式,對以后的大膨脹量封隔器的研究提供了一定的參考。
　　 根據(jù)對大膨脹量封隔器的需求特點,確定了大膨脹量封隔器的總體設計方案,包括大膨脹量

4、封隔器的總體結構設計和復合結構的結構設計。通過對橡膠的不同區(qū)域進行計算,證明了復合結構是可行的。本課題利用Pro/E、ANSYS軟件,建立了封隔器的三維模型,并對其進行了靜力學有限元數(shù)值模擬分析,通過有限元計算方法對復合結構以及大膨脹量封隔器的關鍵部分進行了力學性能分析研究。
　　 在封隔器的設計中,使用了有限元分析技術,采用ANSYS軟件對鋼帶和整個復合結構進行了有限元分析研究,分析了鋼帶與復合結構的最大變形量以及它們的應力分