高温高压下扩张式封隔器胶筒非线性流动仿真计算

来源：计算力学学报杂志2023年第3期北京时间：

作者：岳欠杯,王岗,刘巨保,孙国昊,王笑笑,刘跃秋,曹文,张强

单位：东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318,东北石油大学 机械科学与工程学院, 大庆 163318

摘要：针对井下温度压力环境下扩张式封隔器的工作状态，本文建立了卡距内管柱及封隔器力学模型，采用网格重划分方法来描述胶筒在环空间隙中的非线性流动，并将重划分前后的网格信息进行映射，解决了封隔器有限元方程矩阵奇异问题。对不同压裂泵压、不同井温和不同环空间隙下封隔器胶筒的位移、剪切应力及接触压力进行仿真计算。压裂泵压为30 MPa~80 MPa时，胶筒未发生轴向窜动，橡胶基体的剪切应力及接触压力随着压裂泵压的增加而增大；井温为25℃~175℃时，胶筒基体剪切应力随井温的升高而增大，胶筒与套管间接触压力随井温升高而降低；胶筒与套管环空间隙为2.5 mm~9.5 mm，胶筒剪切应力随间隙增加而增大，胶筒与套管接触压力随间隙增加而降低。通过胶筒网格变形可知，胶筒橡胶在环空间隙中产生非线性流动是引起胶筒剪切应力数值增大、接触压力数值降低的根本原因。综上可得，在压裂作业中，随着压裂泵压的增大、井温的升高和环空间隙的增大，封隔器胶筒更容易发生剪切撕裂破坏，且封隔器的密封效果亦降低。

关键词：高温,高压,胶筒,网格重划分,非线性流动,

基金资助：国家自然科学基金青年基金（51904075）；国家自然科学基金面上项目（11972114）；黑龙江省自然科学基金（LH2020A001）资助项目.