基于有限元分析的固井胶塞变形规律研究

doi:10.3969/J. ISSN.1006-768X.2021.01.04

钻采工艺 ›› 2021, Vol. 44 ›› Issue (1): 18-22.DOI: 10.3969/J. ISSN.1006-768X.2021.01.04

基于有限元分析的固井胶塞变形规律研究

段风海^1,2,姚辉前^1,2,白园园^1,2,张怀杰³,邹强⁴,郑杜建^1,2,张培钢^1,2

1中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司 2页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室 3中石油长庆油田分公司第五采油厂 4中国石油集团渤海钻探工程有限公司第二固井分公司

出版日期:2021-01-25 发布日期:2021-01-25
作者简介:段风海(1992-)，工程师，2017年硕士研究生毕业于青岛理工大学机械学院，现在中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司从事固完井工具研发与技术推广工作。地址：(253005)山东省德州市经济开发区常兴路1286号，电话：0534-2670106，13235345866，E-mail:duanfh@shelfoil.com
基金资助:
中国石化科技部攻关项目“V0级耐高温高压固井封隔器的研制”(编号：P18001-4)；德州大陆架石油工程技术有限公司所级项目“尾管固井胶塞系统结构优化与性能提升”(编号：KNSJXM200000)联合资助。

Study on the Deformation of Rubber Plug Based on Finite Element Analysis in Cementing Technology

DUAN Fenghai^1,2, YAO Huiqian1^,2, BAI Yuanyuan^1,2, ZHANG Huaijie³, ZOU Qiang⁴, ZHENG Dujian^1,2, ZHANG Peigang^1,2

1 . Shelfoil Petroleum Equipment & Services Co. , Ltd. , Sinopec Research Institute ofPetroleum Engineering, Dezhou, Shandong 253005, China; 2. State Key Laboratory ofShale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development, Beijing 100101, China; 3. The Fifth Oil Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company, Shaanxi, Dingbian, 718600, China; 4. The Second Cementing Branch ofBohai Drilling Engineering Co. , Ltd. ofCNPC,Tianjin,300270, China

Online:2021-01-25 Published:2021-01-25

摘要/Abstract

摘要： 固井过程中胶塞在套管中的变形状态对其刮拭效果和隔离能力至关重要，直接决定了固井质量的好坏。为了探究胶塞橡胶碗在固井作业过程中的变形状态与规律，使用有限元分析方法，建立 Mooney-Rivlin 模型分析了径差（橡胶腕外径与套管内径之差）与橡胶碗角度两个因素对胶塞变形的影响。分别分析了当径差为5～30ｍｍ、橡胶腕角度为25°～80°时，橡胶腕与套管壁之间的接触作用力以及接触状态。当径差为 20～25ｍｍ时，橡胶碗与管壁之间接触作用力较稳定，呈宽面接触，此时胶塞橡胶碗刮拭效果和隔离能力最佳。同时分析了当径差处于最佳区间时，橡胶腕角度为45°～65°时，胶塞刮拭效果和隔离能力最佳。并通过橡胶腕与套管接触性能试验验证了有限元分析结果的正确性，为胶塞橡胶碗的设计与选型提供的理论支撑。

Abstract:

The deformation state of the rubber plug in the casing during cementing is very important to its scraping and isolation ability, which directly determines the cementing quality. In order to study the deformation state and law of rubber plug bowl in cementing operation, the Mooney-Rivlin model was established by using the finite element analysis method to analyze the influence of diameter difference ( the difference between the outer diameter of rubber plug bowl and the inner diameter of casing) and the angle of bowl on the deformation of rubber plug. When the diameter difference is 5 mm - 30 mm and the angle of the rubber plug bowl is 25° - 80°, the contact force and state between the rubber plug bowl and the casing wall are respectively analyzed. It is believed that when the diameter difference is 20 mm - 25 mm, the contact force between the rubber bowl and the casing wall is stable and wide-side contact is presented. At this time, the scraping and isolation ability of the rubber plug bowl are the best. At the same time, when the diameter difference is in the optimal range, the rubber bowl angle is 45° - 65°, its scraping and isolation ability is the best. The finite element analysis results are verified by the rubber plug bowl and casing contact performance test, which provides theoretical support for the design and selection of rubber plug bowl.

Key words: cementing technique, rubber plug, finite element, deformation law

段风海, 姚辉前, 白园园, 张怀杰, 邹强, 郑杜建, 张培钢. 基于有限元分析的固井胶塞变形规律研究[J]. 钻采工艺, 2021, 44(1): 18-22.

DUAN Fenghai, YAO Huiqian, BAI Yuanyuan, ZHANG Huaijie, ZOU Qiang, ZHENG Dujian, ZHANG Peigang. Study on the Deformation of Rubber Plug Based on Finite Element Analysis in Cementing Technology[J]. Drilling & Production Technology, 2021, 44(1): 18-22.

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基于有限元分析的固井胶塞变形规律研究

Study on the Deformation of Rubber Plug Based on Finite Element Analysis in Cementing Technology

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