針對(duì)封隔器膠筒因肩部應(yīng)力集中導(dǎo)致的密封失效問題,提出了一種基于納米流控系統(tǒng)的封隔器膠筒肩部防護(hù)裝置。該肩部防護(hù)裝置由楔形金屬環(huán)和環(huán)形彈性層組成,彈性層具有獨(dú)特的壓力-體積變化特性和壓力傳遞性能,可消除封隔器膠筒肩部應(yīng)力集中現(xiàn)象。以ZSM-5型沸石與甘油所構(gòu)成的納米流控系統(tǒng)填充彈性層,通過壓力-位移特性測(cè)試實(shí)驗(yàn),研究了彈性層的可重復(fù)使用性及不同加載速率下系統(tǒng)的壓力閾值及最大壓力下的有效形變量。結(jié)果表明ZSM-5型沸石-甘油配方具有良好的可重復(fù)使用性,可以作為肩部防護(hù)裝置環(huán)形彈性層的填料。加載速率在0.01～0.1 mm/s范圍內(nèi)變化時(shí),彈性層壓力閾值可穩(wěn)定在17±2 MPa范圍內(nèi);不同加載速率下,最大壓力下的有效形變量均大于58 mm3/g,加載速率越大,變形量越大,符合彈性層的性能需求。通過調(diào)整納米多孔介質(zhì)與功能流體的配方,環(huán)形彈性層的性能在很大范圍內(nèi)可調(diào),適用于多種復(fù)雜工況。 

【文章來源】：石油鉆采工藝. 2020,42(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

新型封隔器膠筒肩部防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2所示為一個(gè)典型的納米流控系統(tǒng)在外加載荷作用下的壓力-體積變化關(guān)系示意圖，該系統(tǒng)由疏水性納米多孔介質(zhì)和功能流體構(gòu)成。pin為臨界滲透壓，當(dāng)外界壓力高于pin時(shí)，固液兩相間的表面張力被突破，液體開始流入納米孔道中。隨著外載的持續(xù)施加，液體源源不斷地流入孔道中去，壓力-體積變化特性曲線呈現(xiàn)出一個(gè)進(jìn)孔平臺(tái)。pout為臨界出孔壓力，由于所采用的多孔材料為疏水性材料，當(dāng)壓力低于臨界出孔壓力時(shí)，功能流體會(huì)在相界面力的推動(dòng)下流出多孔介質(zhì)孔道，實(shí)現(xiàn)所存儲(chǔ)界面能的釋放。此過程中，壓力-體積變化特性曲線上出現(xiàn)另一個(gè)平臺(tái)，稱為出孔平臺(tái)。借助納米流控系統(tǒng)獨(dú)特的體積變化與能量吸收特性，在該肩部防護(hù)裝置的環(huán)形彈性層填充納米多孔介質(zhì)與功能流體的混合液，當(dāng)其受壓高于臨界進(jìn)孔壓力pin時(shí)，功能流體會(huì)流入多孔介質(zhì)孔道中去，借助自身的體積變化平衡外界壓力變化，從而使壓力穩(wěn)定在進(jìn)孔平臺(tái)期的壓力范圍內(nèi)。所設(shè)計(jì)的多個(gè)小體積獨(dú)立封裝的骨架結(jié)構(gòu)保證了該環(huán)形彈性層的壓力傳遞性能，使得環(huán)形彈性層受壓后壓力分布相對(duì)均勻，消除封隔器膠筒肩部的應(yīng)力集中。

圖3為納米流控系統(tǒng)壓力-位移特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸桿推動(dòng)不銹鋼活塞桿為壓力腔體加壓或卸壓，采用位移、壓力及溫度傳感器對(duì)活塞桿位移、腔體內(nèi)壓力和溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并用IMP數(shù)據(jù)采集板實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并記錄。圖3右下為實(shí)驗(yàn)壓力腔體及填充物示意圖。壓力腔體采用不銹鋼制作，最大承壓能力60 MPa。其內(nèi)填充ZSM-5型沸石與甘油的混合液，沸石與甘油質(zhì)量比為1∶10。配置好的混合液放置真空環(huán)境進(jìn)行12 h的脫氣處理，處理完成后將混合液填充在壓力腔體內(nèi)，進(jìn)行連續(xù)10次的加載/卸載循環(huán)。3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

【參考文獻(xiàn)】：
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