非金属桥塞镶齿卡瓦的有限元分析及优化

运用Abaqus有限元软件对一种新型非金属桥塞镶齿卡瓦的锚定过程进行弹塑性接触有限元分析,获得了锚定时卡瓦牙及套管的弹塑性Mises应力分布、接触应力分布和接触力分布规律。分析结果表明,套管内壁所受卡瓦牙接触应力和接触力从卡瓦中部沿周向逐渐减小;同时,与卡瓦槽接触的各卡瓦牙底端最大Mises应力均接近于同套管接触的顶端应力值,卡瓦牙应力集中明显。将卡瓦牙和卡瓦结构优化设计后,避免了局部应力集中。卡瓦与套管之间接触应力和接触力的略微增大,也让卡瓦与套管的锚定更稳固。

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。

可溶桥塞镶齿卡瓦研制及实验评价

可溶桥塞的锚定卡瓦有异于常见的铸铁卡瓦和复合材料卡瓦,除了需要提供可靠的套管锚定力和胶筒锁紧力之外,还必须具备良好的溶解性能及返排能力。为了满足页岩气水平井压裂用可溶桥塞现场施工各项指标要求,设计了可溶材料镶齿卡瓦结构,并对其锚定性能和溶解性能进行了实验测试,测试结果表明,可溶材料镶齿卡瓦结构设计及材料选型合理,在套管内壁锚定承载性能可靠,溶解性能良好,能够满足现场压裂施工要求。

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。