【正文】 剛體最大外徑： 150mm 剛體最小通徑： 75mm 坐封壓力： 11— 13MPa 丟手壓力： 17— 19MPa 工作壓差：≤ 15MPa 懸掛能力：≤ 250kN 解封力： 60— 80kN 工作溫度：≤ 120℃ 結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)的防中途坐封安全處理封隔器，其主要特點(diǎn)如下： 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 13 （ 1）設(shè)計(jì)防中途坐封裝置，封隔器在下井過程中所受的力都作用在中心管上，無論怎樣碰撞，都不會(huì)中途坐封； （ 2）丟手泄壓互為一體，只有丟手時(shí)才可以泄壓，完全避免了泄壓后不能丟手的問題； （ 3）設(shè)計(jì)了后處理安全裝置，下井安全，后處理方便； （ 4）設(shè)計(jì)了防上滑裝置，有效地防止了封隔器上滑問題，提高了封隔器的雙 向承受能力； （ 5）留井部分通徑大，可做橋塞使用； （ 6）設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)緊湊、綜合性能優(yōu)越。單位 /MPa。 （ 5）坐封載荷 —— 封隔器坐封時(shí)，所需的外加載荷。 油田用封隔器的通用技術(shù)條件 1）名詞及術(shù)語 （ 1）封隔件 —— 直接起封隔井內(nèi)工作管柱與井壁環(huán)形空間作用的封隔器部件。 表 坐封方式代號(hào) 坐封方式名稱 提放管柱 轉(zhuǎn)管柱 自封 液壓 下工具 代號(hào) 1 2 3 4 5 （ 4）解封方式代號(hào)：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，方式應(yīng)符合表 規(guī)定。如圖 所示。 （ 2）壓縮式：靠軸向壓縮封隔件使其直徑變大來實(shí)現(xiàn)密封的封隔器。封隔器的綜合成本是與可取出性和損壞率有關(guān)的，并且直接和這樣一些多變因素，例如在井下工作期間與是否傷害地層有關(guān)。 雖然這個(gè)最終原因是相對(duì)簡單的，但是，完成這些動(dòng)作的方法以及后來封隔器的解封和取出，對(duì)各種類型來說彼此有明顯差別。封隔器是測試的主要工具，其作用是把泥漿液柱與要測試的地層隔絕開來，以保證投鐵棒打碎玻璃時(shí)能最大限度的降低井底壓力，使油氣通過鉆桿至地面，完成中途測試的任務(wù)。油井封隔器是分隔油層實(shí)行分層開采的主要井下工具。黃煜鵬等設(shè)計(jì)了啟動(dòng)器，通過投球憋壓啟動(dòng)封隔器。目前應(yīng)用的主要封隔器產(chǎn)品系列包括： Y11 Y2ll、 Y22 Y24 Y34 Y34 Y34Y44 Y44 Y44 Y44 Y54 K33 K34 以上產(chǎn)品基礎(chǔ)上的變形產(chǎn)品較多，通過調(diào)整一些細(xì)小結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的工況要求，如壓裂、正洗井、反洗井、小直徑堵水、注汽熱采、逐級(jí)解封、免釋放可洗井、可取可鉆等，其中 Y341 的變形產(chǎn)品 最多。由于油田老化，為保證穩(wěn)產(chǎn)，二次采油及三次采油對(duì)封隔器的性能要求更苛刻；與深井、超深井、水平井及分支井作業(yè)相匹配的封隔器嚴(yán)重缺乏。開窗側(cè)鉆導(dǎo)斜封隔器開窗側(cè)鉆中，只需一趟就可將封隔器、斜向器和開窗鉆頭送入設(shè)計(jì)深度，實(shí)現(xiàn)坐封，定向，開窗一次成功。主要用于分層采油、分層找水、堵水，分層試油和油井熱油 循環(huán)清蠟等。封隔器大致經(jīng)歷了由無錨定到單向錨定和雙向錨定的發(fā)展過程。此裝置安裝于襯管上，膠筒壓帽與上錐體相連。 防中途坐封裝置包括防中途坐封束爪、活塞、剪釘、襯管、中心管、上錐體、卡瓦筒、卡瓦、彈簧、下錐體和調(diào)節(jié)螺帽。分層配產(chǎn)管柱由油管、活動(dòng)油管頭、工作 筒、偏心配產(chǎn)管柱、封隔器、支撐卡瓦、撞擊筒、絲堵、套管構(gòu)成的。 油田的地下油層往往是多油層和非均質(zhì)（油水等比例及密度不一致）的。 在疏松砂巖油藏的防砂施工中使用的懸掛丟手工具性能的優(yōu)劣是防砂能否一次成功的關(guān)鍵。西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 《防中途坐封封隔器設(shè)計(jì)》 所在院系： 機(jī)械工程學(xué)院 石油機(jī)械 班 級(jí)： 機(jī)械 0703 姓 名： 劉 世 裕 指導(dǎo)老師： 徐 愛 榮 完成日期： 2021 年 月 日 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 2 目 錄 中文摘要 英文摘 要 1. 緒論 ...................................................1 題目的意義 .........................................1 國內(nèi)封隔器的發(fā)展與應(yīng)用 .............................2 封隔器的設(shè)計(jì)原則 ...................................4 封隔器基本標(biāo)準(zhǔn) .....................................5 封隔器的分類 ...................................5 封隔器的型號(hào)編制 ...............................5 代號(hào)說明及應(yīng)用舉例 .............................5 油田用封隔器通用技術(shù)條件 .......................6 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 .......................................7 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) ...................................7 結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn) .................................7 2. 總體方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................9 總體方案設(shè)計(jì) .......................................9 結(jié)構(gòu)組成 .......................................9 工作原理 ......................................10 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..........................................10 鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及選擇 ..........................11 錨定方式的選擇 ................................12 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 3 解封方式的選擇 ................................14 丟手機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ................................14 設(shè)計(jì)計(jì)算 ..........................................19 膠筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................19 卡瓦的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................23 活塞的行程計(jì)算 ................................26 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................27 剪釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 ................................27 封隔器坐封高度計(jì)算 ............................30 密封的設(shè)計(jì) ....................................32 3. 強(qiáng)度校核 .............................................35 內(nèi)中心管的校核計(jì)算 ................................35 油缸的校核計(jì)算 ....................................36 活塞桿的強(qiáng)度校核 ..............................36 缸筒壁厚的校核 ................................37 上接頭凸臺(tái)處受力校核 ..............................37 鎖緊機(jī)構(gòu)的校核 ....................................37 外中心管上鎖緊機(jī)構(gòu)的校核 ......................37 襯管上卡簧片的校核 ............................38 4. 經(jīng)濟(jì)性分析 ...........................................39 5. 設(shè)計(jì)總結(jié) .............................................40 參考文獻(xiàn) .................................................41 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 4 防中途坐封封隔器 摘要 為了使封隔器在油田能夠得到進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用，在此主要針對(duì)常規(guī)封隔器在作業(yè)時(shí)存在的中途坐封、丟手失敗、承受雙向壓力能力差導(dǎo)致一次成功率低的問題，進(jìn)行防中途封隔器的設(shè)計(jì)。油井封隔器應(yīng)用于采油作業(yè)。針對(duì)這些問題，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了防中途 坐封安全處理封隔器設(shè)計(jì)。 實(shí)行分層配產(chǎn)方法就是在油井內(nèi)下放一套分層配產(chǎn)管柱，以控制各層，使其在合理壓差下生產(chǎn)出油。 圖 封隔器結(jié)構(gòu)示意圖： 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 7 1上接頭 2調(diào)節(jié)環(huán) 3“ O”型圈 4邊膠筒 5隔環(huán) 6中膠筒 7中心管 8楔形體帽 9檔環(huán) 10防松螺釘 11 楔形體 12防松螺釘 13限位螺釘 14卡瓦 15大卡瓦檔環(huán) 16固定螺釘 17連接環(huán) 18小卡瓦檔塊 19防松螺釘 20護(hù)罩 21彈簧 22鎖環(huán)套 23檔球套 24檔球 25頂套 26扶正體 27壓環(huán) 28摩擦塊 29壓簧 30限釘壓環(huán) 31滑環(huán) 32軌道銷釘 33防松螺釘 34下接頭 封隔器主要由坐封裝置、密封裝置、鎖緊裝置、 懸掛裝置和丟手裝置組成，還設(shè)計(jì)了防中途坐封裝置、后處理安全裝置和分壓裝置。 分壓裝置包括分壓環(huán)、補(bǔ)償膠筒和膠筒壓帽。 最早出現(xiàn)的封隔器不帶有錨定機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)簡單，用途單一，承壓能力低，隨著石油工業(yè)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，它遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要，這樣就出現(xiàn)了帶有錨定的封隔器。對(duì)于支撐式而言，是以井底（或卡瓦封隔器和支撐卡瓦）為支點(diǎn)，加壓一定管柱重量來坐封封隔器，這種封隔器的結(jié)構(gòu)簡單，不能單獨(dú)使用，主要用于分層試油、采油、找水、堵水和酸化等；而水力擴(kuò)張式封隔器主要用于注水、酸化、壓裂、找串和封串等；水力壓縮式封隔器沒有卡瓦支撐，靠從油管內(nèi)加液體來坐封（壓縮膠筒，使其直徑變大，封隔油、套管環(huán)行空間），都能多級(jí)使用。以前，套管開窗打水泥塞，座斜向器，開窗至少需要下三趟鉆，施工周期長，側(cè)鉆成本高。很多油田和制造廠的封隔器產(chǎn)品另有命名方法，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化工作混亂。壓縮式封隔器是主流產(chǎn)品，卡瓦式其次。 在鉆完井、修井等作業(yè)中，與封隔器配套的其他工具大多數(shù)已 經(jīng)固定，如水力錨、配水器、噴砂器、換層開關(guān)等，但隨著工藝需要的多樣化，更多工具被加入到封隔器管串中，提高其封隔效果和可靠性。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 9 封隔器設(shè)計(jì)原則 井下封隔器種類繁多，它是廣泛應(yīng)用于自噴井采油、非自噴井采油（機(jī)械采油等），以及分層注水、分層壓 裂酸化、分層測試作業(yè)、修井和固井等作業(yè)中的一種重要入井器具。另外，當(dāng)鉆探過程中遇到良好油、氣顯示或地質(zhì)、氣測、錄井有良好顯示時(shí)，在井身?xiàng)l件許可的情況下，可停鉆進(jìn)行中途測試。 它們的主要工作原理都是壓縮或脹開封隔器的膠筒，使其徑向增大，使膠筒進(jìn)入套管內(nèi)壁，從而達(dá)到封隔的目的。初期投資和安裝成本不應(yīng)是唯一的標(biāo)準(zhǔn)。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 10 封隔器基本標(biāo)準(zhǔn) 封隔器的分類 分類方法：按封隔器封隔件的工作原理分類，可分為 (1)自封式：靠封隔器外徑與套管內(nèi)徑的過盈配合和壓差來實(shí)現(xiàn)密封的封隔器。 封隔器的型號(hào)編制 按封隔器分類代號(hào)、封隔器支 撐、坐封、解封方式代號(hào)及封隔器最大剛體外徑五個(gè)參數(shù)依次排列，進(jìn)行型號(hào)編制。 表 支撐方式代號(hào) 支撐方式名稱 尾管 單項(xiàng)卡瓦 無支撐 雙向卡瓦 錨定 代號(hào) 1 2 3 4 5 （ 3）坐封方式代號(hào)： 用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，方式應(yīng)符合表 規(guī)定。意為：華北油田的封隔器、其工作原理為擴(kuò)張式、無支撐、液壓坐封、提放管柱解封、剛體最大外徑為 140mm，適用于裸眼井。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 12 （ 4）穩(wěn)壓 —— 在不補(bǔ)充壓力和不改變工作條件的情況下，將已建立起的流體壓力，保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 2）封隔器的基本參數(shù) （ 1）工作壓力 工作壓力數(shù)值應(yīng)