封隔器胶筒结构改进及优势分析.pdf

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1、2013笠第42卷石油矿场机械第1期第62页0ILFIELDEQUIPMENT2O13，42(1)：62～66oo文章编号：1001-3482(2013)01—0062—05封隔器胶筒结构改进及优势分析张辛，徐兴平，王雷(中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛266580)摘要：井下用封隔器的关键部件为弹性密封元件(胶筒)，其结构影响到封隔器的密封性能。由于传统的封隔器结构为三胶筒，浪费材料、装配复杂，对胶筒结构进行改进，在精简胶筒数量的基础上，增加了1层紫铜包络层。采用非线性有限元分析方法，对传统胶筒结构和改进型胶筒结构的

2、对比分析发现：改进型结构上胶筒起主要密封作用，接触应力比传统胶筒结构有明显提高，验证了改进型结构的可行性。关键词：封隔器胶筒；改进；接触应力；有限元分析中图分类号：TE931．2文献标识码：BAnalysisofComparativeAdvantageandStructureImprovementofPackerRubberZHANGXin，XUXing—ping，WANGLei(CollegeofElectromechanicalEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao266

3、580，China)Abstract：Theelasticpackingelementisthekeypartofadownholepacker，whosestructureaffectsthesealingabilityofthepacker．Theconventionalpackerelementsstructurecontainsthreeele—ments，whichmakeawasteofmaterialsandcomplexassembly．Aimingatthisissue，theelementsstructure

4、hasbeenimproved．Onthebasisofreducingthenumberofpackerelements，therubberiswrappedbylayingredcopper．Thetraditionalpackerelementsstructureandtheimprovingstructurehavebeenanalyzedandcompared．Theanalysisresultshowedthattheupperpackerele—mentoftheimprovingstructureplayedal

5、eadingsealingrole，andthecontactstresshadasignifi—cantimprovement，comparedtOtheconventionalstructure．Sothefeasibilityofimprovementisverified．Keywords：packer；packerelement；structureimprovement封隔器胶筒是通过轴向压缩力紧贴在封隔器套已经对其实物的力学试验、有限元数值模拟、封管壁上起密封作用，其密封性能直接制约使用性能。隔器与管柱之间的力学关系等

6、进行了大量研究，胶筒与套管接触所产生的接触应力是胶筒承受工作对封隔器的结构优化以及接触应力的分布关系得出压差的必要条件¨。胶筒的形状优化设计影响着其了初步的结论Ⅲ。研究接触应力与胶筒外形及结构密封性能，是设计者密切关注的问题。不少学者参数之间的关系，对理论上认清胶筒的密封机理和收稿日期：2012—07—17基金项目：国家重大专项课题(201lZX05038—002)；中国石油大学(华东)自主创新科研计划项目“连续管钻井力学分析及配套工具研究”(12CX06062A)作者简介：张辛(1987一)，女，山东泰安人，博士研究生，主要从

7、事钻井用连续管的力学分析与研究，E—mail：zxin0927@163．corn。石油矿场机械655443322O规加OO50505O505O5别在于：改进型封隔器为上、下2个胶筒，且橡胶外面包络1层厚2mm的紫铜。两胶筒较之于三胶筒一方面节省了材料，另一方面因为上下胶筒为同结构胶筒，而减少了制造工艺，同时也使封隔器结构简单，装配简化。轴3．2密封性能4向E。封隔器密封性能的好坏，关键在于胶筒与套管内径之间接触应力的大小。在同样的坐封力下，接触应力越大，密封性能越好。施加工作压力5～30MPa时，分别对两者接触应力进行比较，如图

8、4所示。通过比较发现：在轴向距离较小时，常规胶筒的接触应力略大于改进型胶筒，这是因为紫铜材料的硬度大于橡胶；当轴向距离增大，紫铜随着橡胶被压b3OMPa图2封隔器胶筒应力云图缩直到被压实紧贴在套管内壁，接触应力就远大于常规胶筒，密封性能也就更好。44433222