【正文】 圖 35 是按(312)式進(jìn)行計(jì)算 得出的 卡瓦牙模高度 H 與管柱懸重 G 間的關(guān)系 變化曲線。 圖 33 卡瓦卡緊油管柱時油管柱的力學(xué)分析 API 推薦的計(jì)算公式是假定卡瓦與 管柱接觸壓力均勻分布，并認(rèn)為卡瓦段管體的變形不受兩端管體的影響；前蘇聯(lián) A ?A ?達(dá)烈揚(yáng)認(rèn)為卡瓦與管柱壓力非均勻分布，將管柱視為薄殼，徑向變形相等，按薄殼對稱變形理論考慮了管壁的縱向彎曲應(yīng)力，但是沒有考慮縱向彎曲和軸向拉應(yīng)力對 切向應(yīng)力的影響。在不壓井起下油管或抽油桿柱作業(yè)過程中，由于井口密封， 井內(nèi)壓力會給油管或抽油桿柱一個上頂力。因此， 在動力卡瓦 設(shè)計(jì)研究時 應(yīng) 與 國內(nèi)現(xiàn)有 的修井作業(yè) 設(shè)備，修井井口作業(yè)設(shè)備 相結(jié)合 。在卡瓦的使用上，國外基本采用機(jī)械手 、動力卡瓦，而目前我國 大部分油氣田 起下管柱 作業(yè)時，大都采用雙吊卡或單吊卡加手提式卡瓦作業(yè)方式，自動化程度低、 起下管柱作業(yè) 效率低、 工人勞動強(qiáng)度大、安全性能低 ， 且人為的 操作失誤 往往會導(dǎo)致 重大的設(shè)備和人身事故。 動力卡瓦發(fā)展現(xiàn)狀 卡瓦的自動化操作是石油設(shè)備生產(chǎn)廠家、研究單位一直研究的一個課題?，F(xiàn)有技術(shù)存 在如下缺點(diǎn)：效率低、勞動強(qiáng)度大、安全性差以及易造成井下地層環(huán)境污染等 問題 。目前，卡麥隆生產(chǎn)的 FZ3570型 液壓閘板防噴器最高靜密封壓力達(dá)到 70MPa， 歇福爾 生產(chǎn)的 FH3570型 液壓球 形防噴器 動密封壓力達(dá)到 21MPa。根據(jù) Johnson 理論方程 ，井口段管柱的臨界壓載 表示為： 221 4 sScrFA nE??? ????????? (29) 圖 211 是取國產(chǎn) D級 122 加厚油管進(jìn)行計(jì)算臨界壓載的結(jié)果。這是非穩(wěn)定問題，因此，即使壓載沒有超過臨界壓載，細(xì)長桿也可能會發(fā)生彎曲變形。 一次起下管柱沖程的確定 在 不壓井修井 起下管柱 作業(yè) 過程中，井內(nèi)壓力作用在管柱橫截面上的上頂力以及設(shè)備提供的下壓 載荷 共同 作用下 ， 當(dāng)載荷大于管柱的臨界載荷 ， 在下管柱進(jìn)入井筒過程中井口段管柱可能會發(fā)生彎曲或局部變形。根據(jù)上述結(jié)論 2，開始下管柱時， 需要不壓井 修井 作業(yè)設(shè)備提供 下壓載荷 snubF 最大。 圖 27 管柱 垂直方向上 的受力示意圖 1防噴器膠芯 ； 2井口裝置 ； 3管柱； 4管住堵塞器 在不考慮管柱井內(nèi)遇卡的情況下，由 圖 27受力平衡得： 當(dāng)“管輕”時，需要不壓井作業(yè)設(shè)備提供 的 下壓載荷 為 ： pgsnub fr icF F F F??? (21) 當(dāng)“管重”時，需要不壓井作業(yè)設(shè)備提供的 提升 力 為 ： gpsnub fr icF F F F???? (22) 式中， snubF — 需要不壓井作業(yè)設(shè)備提供的 下壓載荷 ， N； snubF? — 需要不壓井作業(yè)設(shè)備提供的提升力， N； pF — 井筒壓力作用 在管柱 橫截面 上的上頂力， N； gF — 管 柱重力， N； fricF — 管柱與防噴器膠芯間的 摩擦力 (與管柱移動方向相反 )， N。本論文的研究重點(diǎn)是井架、液壓動力卡瓦的設(shè)計(jì)與分析，為了更詳細(xì)的說明不壓井 修井作業(yè) 起下管柱的工作原理，對井口 防噴 系統(tǒng)也做了方案設(shè)計(jì)，為后續(xù)的研究工作做準(zhǔn)備。通 過液壓缸帶動下卡瓦攜帶管柱向下移動進(jìn)入井內(nèi)，此時，不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置設(shè)計(jì)與分析 12 上卡瓦開始移動到上端位置。管柱處于平衡點(diǎn)下方，用提升機(jī)來支撐管柱的重量。 移動卡瓦和固定卡瓦分別由上、下兩組卡瓦組成。 獨(dú)立液壓控制系統(tǒng)型 圖 24 結(jié)構(gòu)示意圖 圖 25 現(xiàn)場安裝圖 1井口裝置； 2主控閥； 3全封 /剪切閘板防噴器； 4下閘板 防噴器； 5上閘板防噴器； 6液壓缸； 7球形防噴器； 8固 定卡瓦； 9移動卡瓦； 10平衡回路； 11管柱； 12工作平臺 如圖 2 25所示，是典型的獨(dú)立液壓控制系統(tǒng)不壓井 作業(yè)起下管柱設(shè)備。輔助型液壓不壓井 作業(yè) 設(shè) 備 的應(yīng)用非常普遍，是一種多用途的設(shè)備。當(dāng)井里的管柱比較“輕”的情況時，依靠平衡錘阻止管柱向上反彈；當(dāng)井里的管柱比較“重”的情況時，依靠鉆 機(jī)或者修井機(jī)滾筒控制游動滑車阻止管柱下降進(jìn)入井里。一般地，對于井控，在帶壓的情況下是否可 以起下 管柱或 者防噴系統(tǒng)在起下管柱時不能密封住足夠的壓力時考慮使用不壓井作業(yè)設(shè)備 。 此外，也用于沖砂及控制并且恢復(fù)自噴井生產(chǎn)。 4)采用組裝設(shè)計(jì)， 占地面積小、質(zhì)量小、運(yùn)輸簡便、維修容易。 3)根據(jù)不壓井作業(yè)技術(shù)及常規(guī)理論分析不壓井作業(yè)設(shè)備各參數(shù)間的關(guān)系，合理設(shè)計(jì)不壓井 修井 作業(yè)起下管柱裝置的各組成部分，并按照各子組件在整個裝置中的功能提出各子組件的設(shè)計(jì)方案和計(jì)算方法，為整個設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算提供可行性理論依據(jù)。 目前 ，我國不壓井作業(yè) 技術(shù)較為全面的 是 北京托普威爾石油技術(shù)服務(wù)有限公司 。 20 世紀(jì) 70～ 80 年代研制出 BY302型 和 BYXT15 型 不壓井 修井 作業(yè)起下管柱設(shè)備， 并先后在川南、川中、華北、 新疆等地進(jìn)行 共 5 口井的修井作業(yè) ,取得了良好效果。 不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置設(shè)計(jì)與分析 4 國內(nèi) 研究現(xiàn)狀 在油 氣井開采過程 中，幾乎所有的油 氣 層 在生產(chǎn)或 維護(hù)過程中都會受到不同程度的損害。目前，液壓不壓井作業(yè) 設(shè)備 的 作業(yè) 速度、效 率、適應(yīng)性 和能力 在油 氣田 的 服務(wù)中得到 證實(shí) 。 該技術(shù)作為一項(xiàng)保護(hù)油氣 產(chǎn) 層和井場周邊環(huán)境 的新技術(shù)、新工藝，在國內(nèi)油氣田 具 有著廣闊的應(yīng)用空間。這類儲層 在 修井作業(yè)過程中易發(fā)生大漏和大噴現(xiàn)象， 易 造成地層破壞 和污染 。 隨著對不壓井作業(yè)技術(shù)認(rèn)識 的 提高，國內(nèi)各 油 氣田在 修井 作業(yè) 過程中 對 油氣層 的 保護(hù) 是很重要的 ， 所以 對不壓井 修井 作業(yè) 設(shè)備 有很大的需求 。 采用不壓井 作業(yè)技術(shù)， 既避免了壓井液的使用，節(jié)約能源，又 解決了常規(guī) 壓井 修井作業(yè)中 一壓就漏，不壓就噴，低參透油氣井很容易壓死及 后 期排液周期長的工藝難題。采用不壓井 作業(yè) 技術(shù) ，既可縮短 修井作業(yè)周期，又能節(jié)約成本。 blowout control system； finite element analysis I 目 錄 第 1章 緒論 .............................................................. 1 不壓井作業(yè)的背景及意義 .............................................. 1 不壓井修井作業(yè)的 優(yōu)勢 ................................................ 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................................... 3 國外研究現(xiàn)狀 .................................................... 3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 .................................................... 4 本文研究的內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) .............................................. 5 第 2章 不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置方案設(shè)計(jì) ............................. 6 現(xiàn)有不壓井作業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)與工作原理 .................................... 6 鉆井設(shè)備輔助型 .................................................. 6 液壓 — 鉆井設(shè)備輔助型 ............................................ 8 獨(dú)立液壓控制系統(tǒng)型 .............................................. 9 本文設(shè)計(jì)的不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置結(jié)構(gòu)與工作原理 ................. 10 不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置設(shè)計(jì)參數(shù)確定 ............................. 12 下壓載荷與提升力的確定 ......................................... 12 一次起下管柱沖程的確定 ......................................... 16 技術(shù)參數(shù)與特點(diǎn) ................................................. 19 本章小結(jié) ........................................................... 19 第 3章 液壓動力卡瓦設(shè)計(jì)與分析 ...................................... 20 動力卡瓦發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................... 20 本文設(shè)計(jì)的液壓動力卡瓦結(jié)構(gòu)與工作原理 ............................... 21 主要設(shè)計(jì)計(jì)算分析 ................................................... 22 卡瓦牙均布壓力 bq 的確定 ........................................ 22 卡瓦牙模高度 H 的確定 .......................................... 23 卡瓦體設(shè)計(jì)與分析 ................................................... 26 卡瓦座設(shè)計(jì)與分析 ................................................... 29 本章小結(jié) ........................................................... 32 第 4章 卡瓦牙模設(shè)計(jì)與分析 .......................................... 33 1? 、 2? 的確定 ......................................... 33 . 卡瓦牙模齒高 h ，間距 s 的確定 ....................................... 35 . 卡瓦牙模齒吃入管柱深度 t 的確定 ..................................... 36 卡瓦牙模環(huán)形包角 ? 的確定 ........................................... 37 II 本章小結(jié) ........................................................... 42 第 5章 不壓井修井作業(yè)井架設(shè)計(jì)與分析 .................................. 43 井架型鋼材料的選用 ................................................. 43 井架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................... 44 井架設(shè)計(jì)計(jì)算的基本原則 ............................................. 45 井架載荷的確定 ..................................................... 47 井架有限元分析 ..................................................... 48 靜態(tài)有限元分析 ................................................. 48 動態(tài)有限元分析 ................................................. 51 井架整體穩(wěn)定性計(jì)算 ................................................. 61 本章小結(jié) ........................................................... 63 第 6章 井口防噴 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ........................................ 64 防噴器的發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................... 64 液壓閘板防噴器結(jié)構(gòu)與工作原理 ....................................... 65 液壓球形防噴器結(jié)構(gòu)與工作 原理 .......................................