Loading...

Numerical and Experimental Analysis of Fiber-Reinforced Elastomeric Cylinder in Inflation and Deflation Process

Zarandi, Mohammad Hossein | 2022

200 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 54847 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Arghavani Hadi, Jamal
  7. Abstract:
  8. One of the most important tools in industries such as oil, gas, mining and groundwater is inflatable packers. These tools are used for plugging and zonal isolation of a well. The most important member of this cylindrical tool is the elastomer, which is reinforced by metal wire ropes. These cables are placed at an angle relative to the axis of the cylinder and are wound in a helix shape. At both ends of the tool are rings that hold the cylinder. After running the tool into the well and placed in the desired position, by a pipe connected to it, fluid is pumped into it. This increases the diameter or inflation of the tool, and the outer skin of the elastomeric cylinder contacts the well and puts pressure on it. In this case, the two sides of the tool are sealed relative to each other. If force or pressure difference is applied on both sides of the tool, the frictional force between the well and the elastomeric cylinder prevents the tool from slipping. At the end of the operation, the inflation pressure of the packer is discharged and deflation occurs and the elastomeric cylinder returns to its original shape.Important parameters of this tool such as angle of reinforcements, contact pressure, force of reinforcements, stress in end-rings and locking phenomenon are done with the help of analytical relations and numerical simulation. Rebar method has been used to simulate the reinforcements. Finally, the experimental study of this tool is performed. To do this, the tool is manufactured and tested by TOMEX company. The first test was unsuccessful due to the improper angle of the reinforcements. The second test was performed successfully, which was in good agreement with the analysis and simulation.The results show that as the diameter of the cylinder increases due to internal pressure, the reinforcements rearrange and their angle increases. As the initial angle of the reinforcements increases, the force of the reinforcements increases and the contact pressure and stress in the rings decrease.
  9. Keywords:
  10. Inflatable Packer ; Fiber Reinforced Elastomeric Isolators ; Sealing Element ; Fiber-Reinforced Elastomer

 Digital Object List

 Bookmark

  • جلد
  • تاییدیه‌ی دفاع
  • اظهارنامه
  • چکیده
  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست نمادها
  • 1 مقدمه
    • 1-1 اهمیت و جایگاه پژوهش
    • 1-2 تعریف و اهداف پژوهش
    • 1-3 ساختار پایان‌نامه
  • 2 مبانی پژوهش
    • 2-1 آشنایی با بسپارها
      • 2-1-1 اتصال عرضی
      • 2-1-2 دسته‌بندی انواع بسپار
      • 2-1-3 الاستومرها
      • 2-1-4 مکانیزم تحمل بار توسط الاستومرها
      • 2-1-5 انواع الاستومر متداول در کاربردهای مهندسی
      • 2-1-6 سازگاری الاستومر با دما
    • 2-2 خواص مکانیکی الاستومرها
      • 2-2-1 هایپرالاستیک
    • 2-3 کابل
    • 2-4 کامپوزیت‌های ریسمان-لاستیک
    • 2-5 توپک متورم‌شونده
      • 2-5-1 اجزای توپک متورم‌شونده
      • 2-5-2 انواع تقویت‌کننده‌ها
      • 2-5-3 نحوه‌ی عملکرد توپک متورم‌شونده
      • 2-5-4 الزامات طراحی توپک‌های متورم‌شونده
    • 2-6 جمع‌بندی
  • 3 مرور ادبیات
    • 3-1 بررسی مقالات در حوزه‌ی توپک‌ها
    • 3-2 مروری بر روش‌های شبیه‌سازی کامپوزیت‌های الیاف-لاستیک
      • 3-2-1 شبیه‌سازی با اجزای حجمی معادل (RVE)
      • 3-2-2 شبیه سازی با خواص معادل ارتوتروپیک
      • 3-2-3 مدل‌سازی الیاف و الاستومر به صورت جداگانه
    • 3-3 شبیه‌سازی به روش قید مدفون
    • 3-4 جمع‌بندی
  • 4 طراحی و تحلیل توپک
    • 4-1 نسبت تورم
    • 4-2 اجزای توپک
      • 4-2-1 استوانه‌ی الاستومری
      • 4-2-2 قسمت‌های انتهایی
    • 4-3 تعیین مشخصات نمونه‌ی اولیه جهت تست
    • 4-4 بررسی هندسی تقویت‌کننده‌ها
    • 4-5 بررسی قفل‌شدگی استوانه‌ی تقویت‌شده
    • 4-6 تعداد تقویت‌کننده‌ها در یک لایه
    • 4-7 تحلیلی برای نیروی کابل‌ها
    • 4-8 محاسبه‌ی نیروی لنگر
    • 4-9 جمع‌بندی
  • 5 شبیه‌سازی عددی توپک
    • 5-1 نوع حل‌گر
    • 5-2 خواص مواد
    • 5-3 هندسه‌ی مدل
    • 5-4 قید ناحیه‌ی مدفون
    • 5-5 شرایط مرزی
    • 5-6 تماس
    • 5-7 بررسی تورم آزاد
      • 5-7-1 بررسی رابطه‌ی فشار و نسبت تورم
      • 5-7-2 بررسی زاویه‌ی نهایی تقویت‌کننده‌ها و پدیده‌ی قفل‌شدگی
      • 5-7-3 بررسی چرخش استوانه
      • 5-7-4 بررسی کاهش طول استوانه
      • 5-7-5 بررسی نیروی تقویت‌کننده
      • 5-7-6 بررسی ضخامت عضو آب‌بندی
    • 5-8 شبیه‌سازی تورم داخل لوله‌ی جداری
      • 5-8-1 بررسی فشار تماسی
      • 5-8-2 بررسی نیروی تقویت‌کننده
      • 5-8-3 بررسی تنش در لاستیک
    • 5-9 بررسی فروکش
    • 5-10 تقویت‌کننده‌ها با تعداد لایه‌ی فرد
    • 5-11 اثر افزایش زاویه‌ی اولیه‌ی تقویت‌کننده‌ها
    • 5-12 بررسی حلقه‌های نگه‌دارنده‌ی شعاعی
      • 5-12-1 اثر فشار تورم
      • 5-12-2 اثر نسبت تورم
      • 5-12-3 اثر ضخامت
      • 5-12-4 اثر زاویه‌ی تقویت‌کننده
    • 5-13 جمع‌بندی
  • 6 نتایج تست تجربی
    • 6-1 اولین تست
    • 6-2 دومین تست
    • 6-3 مقایسه‌ی تست و روابط
    • 6-4 جمع‌بندی
  • 7 جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
    • 7-1 جمع‌بندی
    • 7-2 نتیجه‌گیری کلی
    • 7-3 پیشنهادات برای پژوهش‌های آتی
  • مراجع
  • مقاله
...see more