封隔器仿生六棱柱齿状卡瓦微牙痕及稳定性

为解决常规封隔器卡瓦在长期锚定套管壁时,卡瓦牙与套管接触面形成咬痕,过大的嵌入深度可能会导致套管损坏、失效,使套管壁遭到破坏。通过对比常规齿状卡瓦牙型结构参数,构建仿生六棱柱齿状卡瓦牙型结构参数,建立锥体-卡瓦-套管三维接触有限元模型,采用有限元数值模拟和正交优化相结合的方法得出仿生六棱柱齿状卡瓦最佳牙型结构参数为:卡瓦牙倾角α′=18°、正六边形外接圆直径d=6 mm、相邻六棱柱卡瓦牙间距s=0.5 mm、卡瓦牙上底高c=0.5 mm和卡瓦锥角γ′=15°。结果表明:优化后的仿生六棱柱齿状卡瓦比优化后的常规齿状卡瓦在套管内表面产生的应力减小了14.61%~15.25%,牙痕深度了减小44.12%~47.10%,可见仿生六棱柱齿状卡瓦的微牙痕效果。同时,由数值模拟得出不同摩擦系数下常规齿状卡瓦和仿生六棱柱齿状卡瓦与套管接触压力的合力随时间变化曲线,摩擦应力的合力随时间变化曲线和接触面积随时间变化曲线,从曲线可以得出仿生六棱柱齿状卡瓦的稳定性要优于常规齿状卡瓦。