分瓣式内卡瓦有限元分析及结构参数优化设计

李英松，李克鹏，边 杰，周先军，李 标

（1.中海油田服务股份有限公司完井中心，天津300450；2.中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛266580）



分瓣式内卡瓦有限元分析及结构参数优化设计

李英松1，李克鹏2，边 杰1，周先军2，李 标2

（1.中海油田服务股份有限公司完井中心，天津300450；2.中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛266580）

摘要：以分瓣式内卡瓦力学性能为研究目标，以卡瓦锥角γ、牙倾角α、螺距d及螺纹啮合深度h为参数，采用ANSY S有限元分析法及正交试验法对内卡瓦结构进行参数优化设计。通过极差法和方差法对试验结果进行分析，得出卡瓦锥角和螺距为影响其力学性能的显著性因素。当γ、α、d和h分别取6°、20°、2.5mm和0.5mm时，卡瓦力学性能最优。

关键词：分瓣内卡瓦；有限元分析；正交优化；结构参数

内卡瓦作为支撑封隔器、锁定胶筒的重要锁紧机构［1］，其性能好坏直接影响到油井生产安全，而结构参数的设计将直接影响内卡瓦的力学性能。目前油田应用的卡瓦式封隔器大多是通过卡瓦与套管之间的咬合力进行工作的外卡瓦，前期研究也主要集中于卡瓦与套管咬合力的分析研究［2-3］，而通过螺纹配合进行锁紧的内卡瓦方面的研究较少。本文采用有限元分析法［4-5］对通过螺纹配合锁紧的分瓣式内卡瓦进行模拟，并基于正交分析法［6-8］对内卡瓦结构进行参数优化设计。

1 分瓣式内卡瓦应力分析

本文以Ø152.4mm套管为例，设计了一种分瓣式内卡瓦结构（共6瓣）。有限元分析的主要目的是研究内卡瓦、中心轴及压套在锁紧过程中受力情况和内卡瓦螺纹应力分布规律。……