投球滑套压裂球承压性能分析及试验研究

对压裂球进行受力分析和地面承压测试是开发高性能压裂球的关键。采用有限元数值模拟方法对压裂球进行了受力分析,研究了不同压力对压裂球内应力和塑性变形区域的影响规律,并通过承压试验测试了压裂球的承压性能。为了模拟真实的密封过程,选择显式动力方法定义分析步,在整个过程中认为球座无变形。分析结果表明,压裂球在不同压力载荷下的应力集中区域为球与球座接触区,随着压力的增大,应力集中区和塑性变形区逐渐向球心延伸;当压力超过110 MPa时,压裂球最大应力值已经接近材料的应力极限。

分段压裂易钻球座壁面磨损的性能预测研究

对单锥、凹弧、凸弧、双锥段的球座锥段结构等分段压裂易钻球座的内部气固两相流动行为和壁面磨损情况进行数值研究。在数值预测时,气相场采用标准k-ε模型,应用拉格朗日方法中颗粒轨道模型来模拟湍流场中颗粒运动轨迹。给出不同锥度结构球座的内部流动特性以及磨损率情况。结果表明,球座的大柱段、小柱段处流场分布较为均匀,由于砂粒的趋壁效应,近壁处流场存在小幅波动。经过优化的双锥段结构能在控制主流速度梯度和砂粒浓度基础上,降低球座锥面磨损程度。同时,也说明了应用计算流体力学来研究压裂球座内部气固两相流动规律的可行性。