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高性能封隔器胶筒研制石油大学毕业论文摘要本论文主要针对石油钻井过程中的封隔器与钻头之间的配合问题，提出了一种高性能封隔器胶筒设计方案。
通过对市场上常见的胶筒产品与封隔器配合状况进行分析和常规实验测试，发现存在疲劳寿命短、耐高温性能差等问题。
本文通过优化橡胶材料配方、改进胶筒结构等手段，最终研制出了一款优秀的高性能封隔器胶筒。
实验结果表明，在高温、高压下仍能保持压力稳定，具有较长的使用寿命和良好的配合性能，满足了石油钻井过程中的工况需求。
关键词：封隔器；钻井；胶筒；橡胶材料；高温高压AbstractThis paper mainly proposes a high-performance sealant liner design scheme for the matching problem between the sealant and the drill bit in the petroleum drilling process. Through the analysis of the common products in the market and theconventional experimental tests, it is found that there are problems such as short fatigue life and poor high temperature resistance. In this paper, through optimizing the rubber material formula, improving the structure of the sealant liner, etc., we finally developed an excellent high-performance sealant liner. The experimental results have shown that under high temperature and high pressure, it can still maintain pressure stability, has a long service life and good matching performance, and meets the working conditions in the petroleum drilling process.Keywords: sealant, drilling, liner, rubber material, high temperature and high pressure1. 研究背景封隔器是石油钻井过程中不可或缺的工业密封件，其作用是在井下高温、高压的环境下，保证钻井液和油气等不同介质或混合物在井内不相互干扰，保障钻井的正常进行，同时也避免环境污染和资源浪费。
耐高温高压封隔器密封材料研究与应用【摘要】封隔器是石油勘探开发中井下作业的重要工具之一，为确保层间封隔，顺利高效完成井下作业，封隔器上的密封元件——胶筒，是封隔器的核心部件。
本项目皆在研究开发出耐高温（150℃～170℃）耐高压（35～55Mpa）新型密封材料——封隔器胶筒。
【关键词】井下作业；封隔器；胶筒引言封隔器是石油勘探开发过程中井下作业的重要工具之一，封隔器在各油田的生产实践中广泛应用，其密封元件——胶筒，是封隔器的核心部件。
密封材料的性能决定了封隔器能否有效地实现层间封隔，并能适应不同地层条件下，如高温高压下长期使用。
上个世纪八十年代，我们针对江斯顿地层测试器胶筒进行开发研究，成功地研究出≤120℃的封隔器胶筒，广泛应用于各油田，替代了进口胶筒。
随着石油及天然气的勘探开发不断向深部地层进军，地层条件复杂、苛刻，对封隔器的密封元件——胶筒的耐高温高压的性能需求十分迫切。
目前国内生产的封隔器胶筒大多只适用于温度≤120℃，压力≤25Mpa的条件，而能够适用于150℃、35Mpa以上的封隔器主要是从国外进口。
这样不仅价格昂贵，而且由于供货不及时，在很大程度上影响油田的开发建设，我们针对这一市场需求，开展了耐高温高压封隔器胶筒的开发研究，并获得了成功。
一.实践部分1.设备：XK—150双滚筒炼胶机XK—400双滚筒炼胶机100T平板硫化机2.仪器：（邵尔A）硬度计高低温拉力试验机3.原料：FKM、AcM、HNBR、Aflas、EPDM、补强剂、防老剂、硫化剂及其他助剂。
4.配方研究：根据井下地质条件对封隔器密封元件性能的要求，我们对上述橡胶原料进行筛选，确定了以Aflas/HNBR作为主体材料，选择耐高温硫化剂、防老剂、补强剂及其他助剂进行制样试验，并与进口原料试样对比，见表15.封隔器胶筒的结构设计封隔器胶筒的耐温耐压的性能除与其密封胶料本身的性能有关外，还与胶筒的结构有关，为了更进一步提高封隔器胶筒的抗压、抗拉、抗撕裂性能，我们设计出胶筒的多层结构，见图16.生产工艺流程：配料——塑炼混炼——下片——精炼——注压——硫化——启模——修边——检验——入库二、现场应用部分本产品开发研制成功以后，先后在大庆油田、胜利油田、大港油田、华北油田、辽宁阜新石油工具厂等单位反复试用，其性能达到设计要求，满足现场作业需求。
探讨CO2驱封隔器胶件力学性能实验封隔器胶件材料性能的好坏决定了封隔器的密封性能。
一般来说，如果胶筒力学性能降低，胶件的密封性能就会降低，甚至丧失工作能力。
因此，对封隔器胶件进行力学性能测试是非常有必要的。
封隔器胶件力学性能实验测试了丁腈橡胶（NBR）、氢化丁腈橡胶（HNBR）、氟橡胶（FKM）、聚四氟乙烯（PTFE）四种橡胶的应力与应变关系，从总体上认识橡胶材料的力学性能。
然后对四种橡胶在不同腐蚀程度下的弹性模量、泊松比进行测试，计算橡胶在不同腐蚀程度下的压缩模量，分析这些力学参数随温度、压力和CO2含量的变化规律，进而分析胶件的力学性能随腐蚀程度的变化关系，为现场的安全生产提供理论依据。
1 应力与应变关系测试橡胶不同于其他材料，从开始加载就呈现明显的非线性关系，称为非线性弹性材料。
橡胶不存在塑性变形，都是弹性变形，能够完全恢复原状。
1.1 实验设备和实验步骤1.1.1 实验设备：封隔器胶件应力-应变关系测定使用橡胶材料实验机TH-5000。
橡胶材料实验机可对橡胶进行拉伸、压缩、弯曲、撕裂延伸伸长等实验。
1.1.2 实验步骤：使用TH-5000橡胶材料实验机对橡胶应力应变关系进行测试，具体实验步骤如下：（1）试样分组：将实验用的四种橡胶，按照不同温度、不同压力和不同CO2含量将试件分为三大组，分别做不同影响下的应力-应变关系实验；（2）开动实验机，对橡胶从0.5N/mm2加载，逐渐增加0.5N/mm2，直至加载到8.0N/mm2进行实验；（3）记录在不同载荷下橡胶的应变；（4）根据实验数据绘制应力-应变曲线图。
1.2 实验结果丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、氟橡胶和聚四氟乙烯的应力-应变曲线均为非线性圆滑曲线，在相同应力条件下，丁腈橡胶的应变最大，其次是氢化丁腈橡胶，再次是氟橡胶，聚四氟乙烯的应变最小。
2 弹性模量测试弹性模量反映了弹性变形能力，其值越大，材料发生一定弹性变形的应力也越大。
弹性模量的计算公式为：2.1 实验设备和实验步骤2.1.1 实验设备：弹性模量实验使用的是弹性模量实验机，可以做10000N 以内整个材料中拉伸、压缩、弯曲、剥离、刺破等实验。
井下封隔器的密封性能研究随着油田的不断开发，油田的勘探逐渐走向高温高压和深层油田开发方向，为了能够提高开采效率和这样复杂的开采环境，需要对井下封隔器进行不断创新和完善，因此井下封隔器逐渐向性能更高的方向发展，井下封隔器的密封性能非常关键，因此对井下封隔器的密封性能进行分析是非常重要的研究内容，随着新技术的不断发展，井下封隔器密封性能要求越来越高。
标签：井下封隔器;密封性能;研究随着石油资源的不断开采，能源危机已经成为世界各国所面临的一项重大挑战，社会经济的发展离不开能源的支持，石油资源是非常重要的能源，因此不断增加石油产量，降低油田开采成本一直是油田企业所研究的重点内容，近年来我国不断学习国外的先进技术并结合我国石油资源的实际情况，不断完善我国的开采技术，随着开采技术的不断进步，我国石油资源的开采量也在增加。
封隔器在石油开采过程中是非常重要的井下工具，封隔器主要应用于注水井、水平井以及分层采油等工艺中。
封隔器的密封性能是非常重要的评价标准，因此，随着油田开发深度的不断增加，对封隔器的密封性能要求也在不断提升，只有不断提高工艺要求和密封性能才能够满足油田开发需求。
1封隔器的分类世界各国对封隔器的研制有很多种类型，其中按密封方式主要可以分为以下几种：（1）自封式。
自封式封隔器的原理是依靠密封件外径与套管内径之间的压差来实现密封效果。
（2）压缩式。
压缩式封隔器的原理是依靠轴向力对封隔器进行压缩，从而使密封件外径增大实现密封效果。
（3）扩张式。
扩张式封隔器的原理是依靠封隔器内腔，使密封件外径增大从而实现密封效果。
（4）组合式。
通过利用自封式，压缩式和扩张式封隔器进行有效组合，从而实现密封效果。
2封隔器密封性能的力学性能分析2.1封隔器密封胶筒的工作状态及密封原理封隔器在工作过程中一般分为初封、密封和解封三个状态，因此胶筒在工作过程中，主要有自由变形、约束变形和稳定变形三个阶段。
自由变形是指胶筒在出风荷载的作用下发生压缩形变，胶筒和套管内壁没有接触并不产生的接触应力时所发生的变形。
压缩式封隔器胶筒力学性能分析
仝少凯
【期刊名称】《石油矿场机械》
【年(卷),期】2012(041)012
【摘要】将压缩式封隔器分为自由变形和约束变形2个阶段.从胶筒变形的几何、静力和物理方程中推导出了封隔器密封的最小坐封力；计算了自由变形阶段胶筒的高度,得到了胶筒在有、无工作压差2种条件下的接触应力.在此基础上得到了胶筒的极限密封压力,分析了胶筒的强度,确定合理的坐封力和工作压差.为封隔器胶筒结构尺寸的设计提供理论依据.
【总页数】7页(P1-7)
【作者】仝少凯
【作者单位】西安石油大学机械工程学院,西安710065
【正文语种】中文
【中图分类】TE931.201
【相关文献】
1.压缩式封隔器胶筒系统性能测试 [J], 张毅
2.压缩式封隔器的密封胶筒材料性能研究 [J], 陆如东;钱月
3.压缩式封隔器胶筒接触力学行为有限元分析 [J], 王云学;许仁波;孟奇龙;江能
4.基于正交试验的压缩式封隔器胶筒的结构参数优化 [J], 张智;祝效华;许建波
5.压缩式裸眼封隔器胶筒密封结构研究 [J], 李斌;张东阳;李强;沈桓宇;杨爽
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单位代码：10615 西南石油大学硕士学位论文论文题目：封隔器胶筒系统性能测试试验台及数据采集系统的设计研究生姓名：杨亮导师姓名：夏元白（教授）学科专业：机械电子工程研究方向：过程控制与装配2007年4月封隔器胶筒系统性能测试试验台及数据采集系统的设计The Design of Packer Rubber’s Performance-Testing Platform and the Data-Acquisition System西南石油大学South West Petroleum University2007.4摘要本文根据井下封隔器的工作原理设计了井下封隔器胶筒系统性能测试试验台。
通过此试验台我们可以测试封隔器的核心元件胶筒在井下的工作情况，从而得到封隔器在工作过程中的相关参数，为进一步提高封隔器工作性能提供依据。
本文还设计了基于PCI总线的数据采集系统，介绍了PCI总线的特点，采用了PLXTech公司的 PCI 专用接口控制芯片 PCI9054 来实现基于PCI 总线的数据采集。
利用复杂可编程器件来实现数据采集系统的控制部分。
以下为本论文的主要研究工作：1.根据封隔器工作原理设计了井下封隔器胶筒系统性能测试试验台的机械装置，其中包括对胶筒变形进行测试的位移传感器的选型和安装。
2.根据应变测试原理，为了测定胶筒与套管间应力分布规律，完成了应变片布片方式和测量电桥的设计。
同时还选用了相同的测量方法对隔环的应变进行测试。
3.完成了数据采集硬件电路的设计，其中包括位移传感器信号调理模块、前置模拟通道、AD转换器及其外围电路、FIFO存储器的扩展、电源的设计、PCI9054的配置电路、时钟电路以及各个芯片之间的连接电路。
4.完成了用CPLD对本地的控制，其中包括对前置模拟通道、A/D转换器、FIFO 存储器的控制以及对本地时钟、FIFO存储器读写时钟的提供，用Verilog HDL语言编写了相应的模块。
