基于有限元分析的固井胶塞变形规律研究

摘要

固井过程中胶塞在套管中的变形状态对其刮拭效果和隔离能力至关重要,直接决定了固井质量的好坏.为了探究胶塞橡胶碗在固井作业过程中的变形状态与规律,使用有限元分析方法,建立Mooney-Rivlin模型分析了径差(橡胶腕外径与套管内径之差)与橡胶碗角度两个因素对胶塞变形的影响.分别分析了当径差为5～30 mm、橡胶腕角度为25°～80°时,橡胶腕与套管壁之间的接触作用力以及接触状态.当径差为20～25 mm时,橡胶碗与管壁之间接触作用力较稳定,呈宽面接触,此时胶塞橡胶碗刮拭效果和隔离能力最佳.同时分析了当径差处于最佳区间时,橡胶腕角度为45°～65°时,胶塞刮拭效果和隔离能力最佳.并通过橡胶腕与套管接触性能试验验证了有限元分析结果的正确性,为胶塞橡胶碗的设计与选型提供的理论支撑.