压缩式封隔器胶筒结构改进及密封性能分析

刘松，吴静，董晓明

（1.中国石化胜利油田海洋钻井公司，山东东营 257000；2.胜利勘查设计研究院有限公司，山东东营 257026）①

封隔器的类型颇多，压缩式封隔器在我国是主流产品，其工作性能主要取决于胶筒的密封性能，而胶筒的可靠性受其材质、结构等影响。国内外对胶筒的研究主要集中在结构改进、井下工作性能分析、材料改良、胶筒室内试验研究等方面，取得了一定的成效。但是，由于井下工况的多变性和胶筒力学特性的复杂性，很难得到确切的试验成果。封隔器的胶筒是橡胶材料，属于超弹性材料［1］。本文在前人关于封隔器理论研究的基础上，利用有限元软件ABAQUS来模拟胶筒的变形及接触应力［2］，并对改进型封隔器进行分析，以提高封隔器胶筒的密封性能。

1 常规封隔器的结构和不足

常规封隔器结构如图1所示，一般是由3个相同的胶筒组成。国内已有很多学者对其密封性能进行分析研究。众多研究表明：常规封隔器的3个胶筒受力变形不均，其中上胶筒起着主要密封作用，而中胶筒和下胶筒的效果不明显。封隔器的失效主要是由于上胶筒的表层撕裂造成的，这表明了常规封隔器在结构方面都存在缺陷。

图1 常规封隔器的三胶筒结构

2 影响胶筒密封性能的因素

封隔器胶筒的结构参数如图2，密封性能可由胶筒与套管之间的峰值接触压力值来评价［3］。在胶筒不出现“肩突”失稳的情况下，峰值接触压力越大，胶筒系统所能承受的密封压差越高。……