JDY441可取式卡瓦封隔器的研制与应用

为了解决可取式卡瓦封隔器存在的锚定和解卡不可靠问题,通过改进、优化封隔器锚定机构和解卡机构,研制了JDY441可取式卡瓦封隔器。该封隔器由防撞部分、坐封部分、锁紧部分、密封部分、锚定部分及解封部分组成,采用多级液压缸坐封、双向卡瓦锚定,封隔器密封、锚定安全可靠。室内试验和现场应用结果表明,封隔器的工作压力达到35 MPa,工作温度为135℃,解封力为96 kN。

基于正交试验法的高温封隔器镶齿卡瓦优化

高温高压深井、超深井井下工况恶劣,对封隔器等井下工具性能提出了更为严格的要求。为此,以RTTS封隔器卡瓦为研究对象,结合高温井下工况开展卡瓦材料试验,运用有限元法以及正交试验设计,开展卡瓦力学行为分析。优化结果表明:井下高温条件会降低卡瓦材料力学性能,在210℃时屈服强度以及抗拉强度分别下降了9.19%和4.98%,高温下安全系数、安全裕度较常规工况应增加5%~10%;根据正交试验结果,可得卡瓦最优结构参数,即卡瓦安装间距20 mm、合金块安装倾角75°、合金块直径11 mm及卡瓦楔角8°;与原始方案对比,卡瓦最大应力由1446.1 MPa下降为752.1 MPa,卡瓦各齿咬入深度均匀性标准差由0.00305下降为0.000732。所得结论可为镶齿卡瓦结构参数优化提供理论参考。

水平井封隔器卡瓦的有限元分析及结构改进

在石油钻采中,封隔器卡瓦承受巨大压力易发生断裂,直接影响到封隔器的密封性能,从而影响油井的开采过程及生产安全。运用有限元分析软件ANSYS Workbench对卡瓦进行有限元数值模拟分析。施加140 kN载荷时,卡瓦最大应力为230.11 MPa,超过其材料的最大抗压强度;对卡瓦封隔器试验模型进行压裂试验,试验施加压力为186.33 kN时卡瓦发生断裂,测得抗压强度为233 MPa;对卡瓦进行结构设计,卡瓦牙间距尺寸分别为15 mm、25 mm和30 mm。根据有限元分析结果,卡瓦牙间距为30 mm时卡瓦应力、应变分布趋于均匀,所承受的最大载荷为240 kN,最大应力为230.66 MPa、最大变形量为0.058mm,证明此卡瓦结构尺寸较为合理。

封隔器卡瓦损伤套管的模拟试验研究

在油田开发中封隔器是实施机械采油、分层注水、分层压裂或酸化、机械卡堵水等注采工艺作业的主要井下工具之一 ,封隔器上的卡瓦是保证工作可靠性的重要元件 ,把卡瓦安装在模拟试验装置中 ,通过在套管壁周围分布位移传感器 ,测得卡瓦锚定后切入套管壁深度 ,判断卡瓦对套管的损伤程度 ,这对封隔器的设计和现场使用具有十分重要的意义。

封隔器卡瓦咬合过程受力模拟研究

文章采用云纹法物理模拟技术和有限元法数值模拟技术相结合的方法 ,对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究 ,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律 ,发现了卡瓦各齿受力不均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响。上述研究结果为改善卡瓦结构。

封隔器仿生鳞片齿卡瓦微牙痕及稳定性研究

传统封隔器卡瓦在长期锚定套管内壁时,卡瓦牙与套管接触面会形成咬痕,过大的咬入深度可能会导致套管内壁遭到破坏,甚至失效。通过建立常规齿和仿生鳞片齿卡瓦牙与弹性套管半空间体接触模型,推导出在弹性区域和塑性区域内卡瓦牙与套管相互作用力和压入深度的关系。并且对比常规齿卡瓦牙型结构参数,构建了仿生鳞片齿卡瓦牙型结构参数,建立了锥体-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鳞片齿卡瓦最佳牙型结构参数为:卡瓦牙倾角β′=90°、卡瓦锥角γ′=15°、卡瓦牙顶角α′=72°、鳞片齿长半轴R=5 mm、鳞片齿短半轴r=3 mm。研究结果表明:优化后的仿生鳞片齿卡瓦比优化后的常规齿卡瓦在套管内表面产生的应力减小了7.8%,牙痕深度减小了18.6%,证明了仿生鳞片齿卡瓦的微牙痕效果。由数值模拟得出不同摩擦因数下常规齿卡瓦和仿生鳞片齿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,从曲线可以看出仿生鳞片齿卡瓦的稳定性比常规齿卡瓦更优。研究结果可为封隔器的研究与应用提供参考。

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。

可钻可取式注水封隔器的研究

针对高压、腐蚀严重的深井 ,研制了一种即可采用上提或投球憋压方式解封取出 ,又可快速钻磨取出的卡瓦式注水封隔器。解决了锚定机构中脆性卡瓦防断回收解卡、钻磨防转、防解封平衡保护、中心管控制脱接等关键技术。经室内常温试验井试验、模拟高温高压工况的油浸试验罐试验和 12井次现场试验 ,结果表明可钻可取式封隔器坐封性能稳定 ,成功率高 ,密封性能可靠 ,解封和反洗井性能良好 ,达到了设计要求 ,能适用于工作压力 36MPa的高压注水。

Y441（3）-115注水封隔器的研究

介绍了一种液压坐封、上提或才芟球蹩压解封且可钻取的卡瓦式注水封隔器。通过对其室内和现场试验结果进行分析，阐明该封隔器应用于高压注水是可行的。

有关ZYY221封隔器的若干计算

在计算过程中,指出了ZYY221封隔器坐封高度的经验公式和理论公式的计算方法、斜井坐封吨数的计算原理、测卡点的公式及部分数据。

软固定液力丢手堵水工艺技术

针对油井经多次卡堵水或其它原因造成套管壁增大后,液力卡瓦式封隔器在下入到设计位置坐封时打滑无法坐封的问题,研究设计了Y341-115无卡瓦封隔器及Y341-115A软固定密封器,工具最大外径115mm,能够在内径121-124mm套管井实现封堵,现场应用5口井,工艺成功率100%。