Комбинированное уплотнение является одним из самых важных скважинных инструментов в нефтяной инженерии. Для повышения эффективности пакера комбинированный тип состоит из прессованной резиновой трубки и расширенной резиновой трубки.

Чтобы оценить герметизирующую способность комбинированной уплотнительной резиновой трубки, напряжение в двойной расширяемой комбинированной резиновой трубке, а также в расширяемо-сжимаемой комбинированной резиновой трубке были сравнены и проанализированы с использованием программного обеспечения конечных элементов ABAQUS. Результаты анализа показывают, что при установленном давлении уплотнения 15 МПа обе резиновые втулки эффективно контактируют с шлангом, причём контактное давление между резиновой втулкой и внутренней стенкой шланга превышает аналогичный показатель для одинарной резиновой втулки; таким образом, сочетание действительно улучшает герметизацию и её эффективность. При этом наибольшая разница в давлении уплотнения наблюдается у комбинации расширения и надавливания — она на 50% выше, чем у одного расширителя. Двойная нижняя резиновая втулка и резиновая втулка с функцией расширения и надавливания должны быть надлежащим образом усилены и утолщены, чтобы повысить рабочее напряжение резиновой втулки.

Комбинированное уплотнение является одним из наиболее важных скважинных инструментов в нефтегазовом машиностроении, широко применяется на различных этапах добычи при разведке и разработке месторождений нефти и газа. Оно располагается между трубкой и шлангом либо между шлангом и стенкой ствола скважины и используется для герметизации кольцевого пространства между трубкой и шлангом или между шлангом и стенкой ствола скважины. Среди них уплотняющий элемент (резиновая втулка), изготовленный из неметаллических материалов, таких как резина, является наиболее важным устройством; выделяют два типа резиновых втулок: прессованная, которая уплотняется за счет осевого давления, и расширяемая, действующая за счет радиального давления, что позволяет ей расширяться. С развитием технологий нефтегазового машиностроения и повышением рабочего давления, с целью улучшения герметизации и её эффективности, применяется комбинация прессованной и расширяемой резиновых втулок, в результате чего появляется комбинированное уплотнение. Конструкция резиновой втулки должна быть грамотно спроектирована и использоваться в ограниченном диапазоне давлений, иначе легко может произойти повреждение втулки и потеря герметичности. Поскольку резиновая втулка относится к нелинейным материалам, её теоретические исследования представляют сложность, поэтому сегодня для анализа её связанных механических свойств используются методы конечных элементов и другие численные аналитические подходы. Экспериментальные данные были подобраны с помощью гиперупругой конститутивной модели в программном обеспечении ANSYS для анализа методом конечных элементов, в результате чего была определена конститутивная модель, точно описывающая зависимость напряжения от деформации резиновой втулки, а также получено распределение осевого контактного давления. Разработана конечноэлементная вычислительная механическая модель контактной задачи между прессованной и расширяемой компонентами, проведён анализ величины распределения контактного давления. С помощью программного обеспечения метода конечных элементов было выполнено исследование влияния рабочей длины, толщины, формы буртика и расположения стальных кордов на закон изменения усилия и деформации расширяемой резиновой втулки. При этом, принимая во внимание контактное давление и объём резиновой втулки в качестве целевой функции оптимизации, методом конечных элементов осуществлён конструкционный оптимизационный дизайн резиновой втулки.

Будь то комбинированное уплотнение с двойным расширением или комбинированное уплотнение с расширением и компрессией, при давлении расширения и герметизации 15 МПа оба уплотнительных цилиндра могут эффективно контактировать с шлангом, причем контактное давление между комбинированным уплотнительным цилиндром и внутренней стенкой шланга превышает аналогичное давление у одиночного уплотнительного цилиндра, что позволяет данной конструкции действительно улучшить герметизацию и её эффективность. При этом разница давлений уплотнения в комбинированном уплотнении с давлением расширения является самой высокой — на 50% выше, чем у одиночного расширяющегося уплотнителя.