桥塞坐封过程仿真模拟研究

桥塞作为井下封层技术的关键设备,由于它施工工序少、周期短、卡封位置准确而得到了广泛应用。针对设计的可钻式非金属桥塞坐封过程开展模拟研究,涉及弹塑性材料接触、超弹性材料接触和非金属材料动态断裂的非线性动力学问题,利用有限元法建立该桥塞全尺寸模型和所有部件之间的广义接触关系,通过有限元模拟动态坐封过程获得桥塞各部件运动变形特性、桥塞与套管之间的密封特性和动态坐封力等数据,该桥塞坐封完成时,坐封机构部件轴向位移110 mm,坐封力约45 kN。模拟坐封也为进一步优化该型桥塞的结构和评估坐封性能提供了理论依据,对该型桥塞的推广应用奠定了基础。

基于犁沟效应的镶齿型卡瓦侧钻坐封器坐封过程数值分析

基于开窗侧钻过程中侧钻坐封器卡瓦失效导致开窗失败的情况,设计了一种新型的镶齿型卡瓦侧钻坐封器。建立了承受坐封载荷和轴向载荷下的镶齿型卡瓦装配体有限元法分析模型,计算出了镶嵌不同齿型的侧钻坐封器卡瓦在套管壁上形成的犁沟形状及套管与镶齿的位移与应力,分析了镶齿型卡瓦的坐封可靠性。结果表明:在镶齿型卡瓦坐封分析计算中,不但要考虑犁沟摩擦因数,同时还需要考虑凸脊对犁沟摩擦因数的影响;坐封器卡瓦镶装不同齿型在套管表面产生的犁沟效应不同,卡瓦牙齿齿尖越锋利,所产生的犁沟效应就越明显;在犁沟效应与黏着效应的双重作用下,硬质合金齿吃入套管壁产生了明显的齿坑,在满足镶齿强度的前提下确保镶齿型卡瓦坐封器的可靠坐挂。

井下防喷器坐封过程及密封性能分析

井下防喷器可直接从溢流源头坐封,可有效防止井喷的发生。为了研究井下防喷器的坐封过程及密封性能,利用ABAQUS软件建立了井下防喷器有限元模型,首先对实际工况下防喷器的坐封过程进行分析,然后在防喷器坐封过程模拟结果上开展密封性能分析。分析结果表明:胶筒在内外压差作用下与套管发生挤压作用,使得井下防喷器在坐封后最大Mises应力及最大接触压力都出现在胶筒与套管中间接触部位,其在坐封后井筒已完全密封;在其他工况不变的情况下,当下部流体压力为25 MPa时,受下部流体挤压作用,拐角处胶筒接触压力相比流体压力为0时明显增大,胶筒中间部位接触压力呈现“牛角状”,此时防喷器胶筒的密封性能良好;在下部流体压力为30 MPa时,井下防喷器内胶筒的金属骨架已经发生严重变形并全部发生位移,此时防喷器的胶筒被高压流体穿破,即防喷器的密封性能失效。所得结果可为井下防喷器的现场应用提供参考。

可降解桥塞坐封过程卡瓦力学分析

现有文献对可降解桥塞卡瓦-锥体的断裂压力分析较少,而且大多没有考虑卡瓦-套管弹塑性变形以及卡瓦牙渗碳层的影响。鉴于此,应用ANSYS有限元分析软件对可降解桥塞坐封过程卡瓦-锥体进行断裂压力分析,同时对卡瓦-套管进行锚定压力分析,获得了卡瓦与套管的接触状态分布、接触应力分布和Mises应力分布规律。分析结果表明:坐封过程中下卡瓦断裂压力为24.7 kN,比上卡瓦先断裂;卡瓦与套管的接触状态和接触应力沿轴向分布比较均匀,卡瓦与套管等效应力沿轴向分布不均匀,靠近加载端的牙齿应力较大,起主要锚定作用;卡瓦牙最大等效应力为3 422.50 MPa,套管最大等效应力为403.22 MPa,卡瓦牙尖处局部发生塑性变形,卡瓦牙大部分处于弹性变形,卡瓦对套管损坏程度不大。研究结果可为类似桥塞卡瓦结构的优化设计提供理论依据。