基于骨架支撑的大扩张比封隔器设计研究

发布时间：2021-08-25 23:31

　　针对现场需求开展了大扩张比封隔器研究,由于封隔器扩张比达到50%,常规结构难以实现。鉴于此,优化设计了能够支撑大扩张比封隔器胶筒大变形的金属骨架,并分别研制了直线割缝、螺旋割缝和叠片钢带等多种金属骨架结构,通过有限元计算、变形测试和支撑胶筒胀封试验的方法,对金属骨架进行了结构优化和性能分析。试验数据表明叠片钢带骨架结构发生变形后不产生缝隙,对胶筒大变形能够提供有效支撑和保护,同时具有很好的回复性能,因此采用叠片钢带骨架结构支撑封隔器胶筒。试验中,该封隔器（外径120 mm）在内径165¹82 mm的井筒内能够坐封并且封隔压力达到20 MPa,最大扩张比达到50%,各项指标满足现场技术要求。研究结果和研究方法可为大扩张比封隔器的进一步优化设计提供参考。 

【文章来源】：石油机械. 2020,48(08)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

大扩张比封隔器结构示意图

封隔器坐封状态

首先建立骨架和井筒模型，直线割缝骨架模型绕中心轴均布，如图3所示。骨架模型先进行简化处理，去除倒角特征，然后定义材料属性。骨架采用延展性较好的不锈钢材料，设定为弹塑性，材料类型为各项均质固体单元，弹性模量210 GPa，泊松比0.3，屈服强度294MPa，抗拉强度678 MPa，伸长率15%;井筒模型设定为刚体材料，不发生弹性变形，井筒模型其他属性不需要设置[7-8]。再对模型进行网格划分，网格控制选用Hex(六面体)，划分方法选择Sweep(扫略)，Algorithm选择medial axis方法，单元选择C3D8R，即三维线性缩减积分单元;最后设定边界条件并施加载荷计算。金属骨架一端施加固定约束，轴对称面上施加轴对称约束，内部施加20MPa的坐封压力，进行计算和后处理得到应力及变形数据，其中应力云图如图4所示。


本文编号：3363077