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测井电缆地层测试仪PACKER橡胶曲面有限元分析与优化

解广娟  
【摘要】: 石油化工是国民经济的巨大支柱,石油的勘探与开发是当今石油行业的重中之重,而石油测井与其仪器的研究是保障石油勘探与开发顺利进行的前提。本文针对电缆地层测井仪器的关键模块——双PACKER短节进行以下几个方面研究: 1.分析了橡胶材料不同于各向同性线性材料的特性,基于实验采集的数据,确定其应力应变关系,寻求橡胶材料的研究方法以及橡胶材料的密封特性,利用橡胶的超弹性和不可压缩的基本特性,采用研究橡胶材料的有限单元法之一——杂交有限单元法,求解了PACKER橡胶曲面与井壁接触后,橡胶整体的矢量位移μ、Kirchhoff应力矢量t和静水压力h等参数。同时根据橡胶硬度和有限元方法求得橡胶的Mooney-Rivlin模型参数。 2.根据双PACKER短节工作的原理,分析并建立其力学模型,设计了支撑实验和密封实验装置,并对实验数据进行分析。支撑实验确定了不同尺寸的井壁与不同规格橡胶块相互配合的支撑程度。结果证明,橡胶块在系统压力为24MPa时,完全可以支撑整个仪器。密封实验研究得出了不同规格橡胶块所适用的最佳范围,并得到PACKER橡胶尺寸与井径尺寸之差介于-1.625~+3.0mm之间时,其配合效果最好。 3.根据橡胶材料的特殊性,借助ANSYS有限元软件,研究了橡胶材料非线性、大应变以及接触非线性等复杂问题;分析了橡胶块与套管井壁在6种规格最佳配合情况下的接触压力和橡胶应力,得出了橡胶块的半○型密封圈半径及其位置是影响密封程度的关键因素。 4.利用ANSYS软件的优化模块,对6种规格的橡胶块进行优化,得到了半○型圈最佳半径值和最佳位置。通过优化,改进了橡胶块外形尺寸设计,得到该优化尺寸下的最佳密封效果。


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