基于数值模拟的封隔器胶筒参数正交优化分析.pdf

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1、２０１６年第４５卷石油矿场机械第５期第６０页犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１６，４５（５）：６０６３文章编号：１００１３４８２（２０１６）０５００６００４基于数值模拟的封隔器胶筒参数正交优化分析周先军１，崔光宇１，钟卫平１，李英松２，边杰２（１．中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛２６６５８０；２．中海油田服务股份有限公司完井中心，天津３００４５９）摘要：采用ＡＮＳＹＳ有限元分析方法对封隔器的组合胶筒系统进行

2、单因素离散优化，得出了单因素参数对组合胶筒接触应力影响规律和最优取值区间，并结合正交试验理论考虑因素间交互作用，对组合胶筒四因素三水平正交优化。结果表明：四因素三水平优化的最优几何参数组合比单因素最优值的组合更符合目标函数要求。该最优组合使得胶筒与套管峰值接触应力增大了１１％，较高水平的接触应力分布区域更长，能够取得更好的密封效果。关键词：封隔器；双胶筒；有限元；接触应力；正交优化中图分类号：ＴＥ９３１．２０２文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３４８２．２０１６．０５．０１３犗狉狋犺狅犵狅狀犪犾犗狆狋

3、犻犿犻狕犪狋犻狅狀犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犘犪犮犽犲狉犚狌犫犫犲狉犘犪狉犪犿犲狋犲狉狊犫狔犖狌犿犲狉犻犮犪犾犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀１，ＣＵＩＧｕａｎｇｙｕ１，ＺＨＯＮＧＷｅｉｐｉｎｇ１，ＬＩＹｉｎｇｓｏｎｇ２，ＢＩＡＮＪｉｅ２ＺＨＯＵＸｉａｎｊｕｎ（１．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犕犲犮犺犪狀犻犮犪犾犪狀犱犈犾犲犮狋狉犻犮犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿，犙犻狀犵犱犪狅２６６５８０，犆犺犻狀犪；２．犠犲犾犾犆狅犿狆犾犲狋犻狅狀犆犲狀狋犲狉，犆犺犻狀犪犗犻犾犳犻犲犾犱犛犲狉狏犻犮犲狊犔狋犱．，犜犻犪

4、狀犼犻狀３００４５９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｆｏｒｄｉｓｃｒｅｔｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｉｓｔａｋｅｎｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌａｒｅａｏｆｒｕｂｂｅｒｓｉｎｇｌｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｆａｃｔｏｒｓ，ｆｏｕｒｆａｃｔｏｒｓａｎｄｔｈｒｅｅｌｅｖｅ

5、ｌｓｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｄｏｎｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔｅｓｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｆｏｕｒｆａｃｔｏｒｓａｎｄｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌｓｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｓｍｏｒｅｉｎｌｉｎｅｗｉｔｈｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｕｎｉｖａｒｉａｔｅ

6、ｏｐｔｉｍａｌｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｐｅａｋｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｒｕｂｂｅｒａｎｄｃａｓｉｎｇｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１１％ａｎｄｌｏｎｇｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｅｒｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｒｅｓｕｌｔｉｎｂｅｔｔｅｒｓｅａｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐａｃｋｅｒ；ｒｕｂｂｅｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［２４］封隔器作为油田分层工艺的重要井下工具，被压差越大。广泛使用在完井、注

7、水、压裂、酸化、防砂、机械采油、本文基于非线性、超弹性及大变形的有限元分气举等采油工艺技术中。封隔器胶筒（以下简称胶析技术，采用两参数ＭｏｏｎｅｙＲｉｖｌｉｎ本构模型，考虑筒）的密封性能对于整个封隔器安全可靠密封有着胶筒与套管、隔环和中心管之间的摩擦接触等因素，［１］决定性作用。合理设计胶筒形状和几何参数可大对某厂的１７７．８ｍｍ（７英寸）过电缆封隔器压缩式幅提高胶筒系统密封性能，封隔器的密封性能可以双胶筒进行研究，数值模拟胶筒几何参数对密封性通过胶筒与套管间的峰值接触应力来评价，该应力应不低于压差，并且在胶筒不出现“肩突”失

8、稳的情能的影响，并结合正交试验理论开展胶筒几何参数况下，峰值接触压力越大，胶筒系统所能承受的密封优化设计。收稿日期：２０１５１１１７作者简介：周先军（１９７１），男，山东淄博人，副教授，博士，研究方向为石油机械以及静密封等，Ｅｍａｉｌ：ｚｘｊｑｈｙ＠１２