高温下橡胶应力松弛行为对封隔器密封性能的影响研究

由于橡胶材料的温度特性和时间特性,封隔器胶筒的密封性能自坐封成功后是不断衰减的。本文对大芦湖东部某井的Y344压缩式封隔器氟橡胶胶筒材料进行高温下的样本单轴拉伸试验和应力松弛试验。根据试验结果拟合相应的超弹性本构模型和黏弹性本构模型,并建立Y344压缩式封隔器的有限元模型进行仿真分析。结果表明:橡胶材料高温下的应力松弛导致胶筒的最大剪切应力、最大接触应力、线压和面压均有不同程度的下降,导致封隔器的密封性能和密封可靠性下降。因此,在考虑封隔器胶筒密封性能时,有必要考虑胶筒橡胶材料应力松弛行为带来的影响。

封隔器分段式胶筒密封结构研究

为了提高封隔器的密封性能,将常规封隔器胶筒改进为分段式胶筒,并基于有限元仿真分析软件对封隔器坐封过程进行模拟;分析了在20MPa坐封载荷下,常规胶筒和新型胶筒与套管壁间、中心管间的接触应力分布规律、胶筒Mises应力变化规律和剪切应力变化规律,以及胶筒硬度对新型胶筒力学性能的影响规律。分析结果表明:新型胶筒与套管壁间最大接触应力比常规胶筒提高了47.19%,平均接触应力提高了20.71%,密封系数提高了2.31%;新型胶筒与中心管壁间最大接触应力比常规胶筒提高了23.30%,平均接触应力提高了7.61%,密封系数提高了6.99%;新型胶筒Mises应力为14.89MPa,小于常规胶筒的Mises应力(20.30MPa),新型胶筒剪切应力为6.24MPa,小于常规胶筒的剪切应力(9.49MPa)。该新型胶筒增加了胶筒与套管壁、中心管壁间的接触应力和密封系数,降低了胶筒的Mises应力和剪切应力,提高了封隔器胶筒的密封性能和使用寿命。

压裂泵泵头体内腔锥面处裂纹扩展研究

为探究140 MPa高压压裂泵泵头体内腔锥面处裂纹扩展问题,利用Abaqus有限元软件和FE-Safe疲劳分析软件对泵头体锥面安全性及裂纹扩展过程进行分析,最后利用效应面法对泵头体锥面剩余寿命影响因素进行归纳总结,得出结论:在现有设计下,泵头体在承压140 MPa后满足材料强度要求,但内腔锥面处安全系数小于0.75,属于易引发疲劳裂纹扩展的危险区域;锥面处的裂纹属于张开型裂纹,在扩展的过程中,裂纹面形状系数稳定在1.1,裂纹面形状不受初始裂纹形状影响;在标准工况下,插入0.4 mm×0.2 mm的微裂纹,泵头体的剩余寿命为2.04×10^(5)次;经过效应面法分析,剩余寿命的影响因素权重排序为:应力比>锥角>过盈量,并得出考虑3个因素的剩余寿命计算公式(140 MPa工作压力时)。