基于分层抽水试验的封隔器结构优化设计

发布时间：2021-05-18 14:57

　　目前,随着国家基础地质调查的大力开展,封隔器越来越多地被用到分层抽水试验中去。经过一段时间的改进和完善,已能够完成单井几层到几十层的抽水试验,钻孔利用率大幅提高,获得的水文地质参数精度更高,不过依然存在胶筒易损坏、密封性能差、膨胀率低等问题。本文通过结构设计、理论计算和数值模拟方法对封隔器的结构进行了优化设计。结构设计以水环中心的充气膨胀封隔器为基础,增加保护套和双级密封单元。理论分析包括坐封压力计算和坐封过程分析。根据实际工作环境和氮气用量计算坐封所需压力;坐封过程分为接触井壁前和接触后两个阶段,坐封前由于橡胶材料的几何材料非线性特征,应力应变关系不能用弹性力学分析,因此采用三参数的Yeoh超弹性橡胶本构模型,结合有限元分析胶筒变形特性;接触后阶段由于变形量小,采用经典力学,通过受力分析推导坐封条件公式。数值模拟部分简化了胶筒模型,由于封隔器的轴对称结构,仅对四分之一弧段进行模拟。通过ANSYSworkbench的静力学模块分别对不同胶筒长度、厚度、摩擦系数、内压及结构进行模拟,坐封效果分析以胶筒表面接触压力为标准,以接触面变形量为辅。用于模拟的封隔器模型为:胶筒长度300mm、40... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 背景及目的意义
        1.1.1 背景
        1.1.2 目的意义
    1.2 国外研究现状
        1.2.1 发展历程
        1.2.2 研究现状
    1.3 国内研究现状
        1.3.1 发展历程
        1.3.2 研究现状
    1.4 存在问题
        1.4.1 石油用封隔器
        1.4.2 地质调查用封隔器
    1.5 研究内容和技术路线
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 技术路线
第二章 分层抽水试验工艺研究
    2.1 传统分层抽水试验
    2.2 应用封隔器的分层抽水试验
        2.2.1 充气膨胀封隔器
        2.2.2 新型分层抽水试验方法
第三章 封隔器结构设计与胶筒变形分析
    3.1 封隔器结构设计
        3.1.1 橡胶材料的特性
        3.1.2 结构设计
    3.2 内压作用下胶筒的的变形分析
        3.2.1 胶筒结构简化
        3.2.2 坐封所需压力计算
        3.2.3 胶筒结构变形分析
    3.3 本章小结
第四章 封隔器胶筒有限元模拟与结构优化
    4.1 胶筒有限元模拟方法
    4.2 气体压强及双胶筒接触关系的有限元模拟
        4.2.1 不同气体压强下的胶筒膨胀有限元分析
        4.2.2 胶筒接触摩擦系数影响分析
    4.3 胶筒尺寸对接触压力的影响
        4.3.1 胶筒长度的影响
        4.3.2 胶筒总厚度对接触压力的影响
    4.4 双级密封单元的影响
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3193993