聚氨酯密封膠膠筒幾何尺寸確定聚氨酯密封膠膠筒與皮碗需要共同密封70MPa的壓力，其中聚氨酯密封膠膠筒的相關(guān)參數(shù)尤為重要，將直接決定滑套的工作性能。由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算聚氨酯密封膠膠筒所受到的軸向應(yīng)力、所需的壓縮力、聚氨酯密封膠膠筒長(zhǎng)度為將密封元件壓貼到接觸套管所需的壓縮力(N);h為聚氨酯密封膠膠筒長(zhǎng)度(mm);如為壓裂過(guò)程中封隔器所承受的壓差(Pa)，文中0p=70MPa;f為聚氨酯密封膠膠筒與襯套以及套管內(nèi)表面的摩擦因數(shù);E為聚氨酯密封膠膠筒所用材料的彈性模量;r為套管內(nèi)徑(mm);r為聚氨酯密封膠膠筒內(nèi)徑(mm);R為聚氨酯密封膠膠筒外徑(mm);,為泊松系數(shù);A為中心管與套管內(nèi)壁之間環(huán)形空間的截面積(mZ);為聚氨酯密封膠膠筒所用材料的許用剪切應(yīng)力，為10.98MPa。聚氨酯密封膠膠筒結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和材料性能參數(shù)如表2所示。將表2數(shù)據(jù)代入公式(1)一(3)可以計(jì)算得到聚氨酯密封膠膠筒理論長(zhǎng)度h=168mm。根據(jù)所設(shè)計(jì)的滑套結(jié)構(gòu)尺寸需要，文中聚氨酯密封膠膠筒長(zhǎng)度為180mm式中:o-_為自由變形階段聚氨酯密封膠膠筒所受到的軸向應(yīng)聚氨酯密封膠膠筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化滑套聚氨酯密封膠膠筒與封隔器聚氨酯密封膠膠筒的密封原理類似，都是由坐封力壓縮聚氨酯密封膠膠筒，通過(guò)聚氨酯密封膠膠筒壓縮膨脹與套管之間形成密封，只是文中梭鏢聚氨酯密封膠膠筒與內(nèi)滑套之間環(huán)空間隙更大，需要聚氨酯密封膠膠筒實(shí)現(xiàn)更大的壓縮變形，保證滑套密封。聚氨酯密封膠膠筒在高溫高壓壓裂作業(yè)時(shí)的密封性能是保證壓裂作業(yè)成功的關(guān)鍵，文中根據(jù)理論計(jì)算得到聚氨酯密封膠膠筒長(zhǎng)度，并根據(jù)聚氨酯密封膠膠筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)了普通單聚氨酯密封膠膠筒結(jié)構(gòu)，如圖所示。

        為了驗(yàn)證滑套梭鏢聚氨酯密封膠膠筒壓縮大變形后的密封性能，根據(jù)設(shè)計(jì)的普通單聚氨酯密封膠膠筒結(jié)構(gòu)，加工了無(wú)限級(jí)鍵槽式固井滑套和梭鏢，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的壓力曲線如圖7所示，當(dāng)壓力上升至21.4MPa左右時(shí)，壓力開(kāi)始下降，并無(wú)法起壓。拆開(kāi)管線和裝置發(fā)現(xiàn)防突環(huán)和中聚氨酯密封膠膠筒變形嚴(yán)重，說(shuō)明密封失效。

        為優(yōu)化聚氨酯密封膠膠筒結(jié)構(gòu)，進(jìn)行有限元建模，采用了簡(jiǎn)化模型，但是邊界條件未發(fā)生改變，模型網(wǎng)格如圖所示。首先對(duì)外殼、底座和推頭賦予材料屬性，其中密度為7.9g/c時(shí)，彈性模量為210GPa，泊松比為0.3。對(duì)硬質(zhì)聚氨酯密封膠膠筒部分橡膠采用Yeoh模型，其密度為1.5c.時(shí)，選擇150℃下硬度為93A的橡膠材料，其參數(shù)G,,C,C，分別為6.46964MPa,1.16973MPa、-0.33208。對(duì)中間軟質(zhì)聚氨酯密封膠膠筒部分橡膠采用Yeoh模型，選擇150℃下硬度為85A的橡膠材料，其參數(shù)G,,C,C，分別為3.18371MPa,2.22614MPa、-0.37163。對(duì)于防突環(huán)選用Mg-Al合金材料。文中有限元?jiǎng)恿W(xué)模型采用動(dòng)力顯示算法，設(shè)置通用接觸。對(duì)套管和底座設(shè)置完全固定約束，對(duì)推頭施加位移和轉(zhuǎn)角約束，使推頭只能沿軸向移動(dòng)，給推頭施加壓力驅(qū)動(dòng)其軸向壓縮聚氨酯密封膠膠筒。對(duì)普通單聚氨酯密封膠膠筒變形進(jìn)行了有限元分析，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到的防突環(huán)和中聚氨酯密封膠膠筒變形情況如圖所示。http://m.aolingyy.com/