【正文】 圖 35 是按(312)式進行計算 得出的 卡瓦牙模高度 H 與管柱懸重 G 間的關系 變化曲線。 圖 33 卡瓦卡緊油管柱時油管柱的力學分析 API 推薦的計算公式是假定卡瓦與 管柱接觸壓力均勻分布，并認為卡瓦段管體的變形不受兩端管體的影響；前蘇聯(lián) A ?A ?達烈揚認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力，但是沒有考慮縱向彎曲和軸向拉應力對 切向應力的影響。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 設計研究時 應 與 國內(nèi)現(xiàn)有 的修井作業(yè) 設備，修井井口作業(yè)設備 相結合 。在卡瓦的使用上，國外基本采用機械手 、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、 工人勞動強度大、安全性能低 ， 且人為的 操作失誤 往往會導致 重大的設備和人身事故。 動力卡瓦發(fā)展現(xiàn)狀 卡瓦的自動化操作是石油設備生產(chǎn)廠家、研究單位一直研究的一個課題?，F(xiàn)有技術存 在如下缺點：效率低、勞動強度大、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到 70MPa， 歇福爾 生產(chǎn)的 FH3570型 液壓球 形防噴器 動密封壓力達到 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 加厚油管進行計算臨界壓載的結果。這是非穩(wěn)定問題，因此，即使壓載沒有超過臨界壓載，細長桿也可能會發(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備提供的下壓 載荷 共同 作用下 ， 當載荷大于管柱的臨界載荷 ， 在下管柱進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)上述結論 2，開始下管柱時， 需要不壓井 修井 作業(yè)設備提供 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“管輕”時，需要不壓井作業(yè)設備提供 的 下壓載荷 為 ： pgsnub fr icF F F F??? (21) 當“管重”時，需要不壓井作業(yè)設備提供的 提升 力 為 ： gpsnub fr icF F F F???? (22) 式中， snubF — 需要不壓井作業(yè)設備提供的 下壓載荷 ， N； snubF? — 需要不壓井作業(yè)設備提供的提升力， 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。本論文的研究重點是井架、液壓動力卡瓦的設計與分析，為了更詳細的說明不壓井 修井作業(yè) 起下管柱的工作原理，對井口 防噴 系統(tǒng)也做了方案設計，為后續(xù)的研究工作做準備。通 過液壓缸帶動下卡瓦攜帶管柱向下移動進入井內(nèi)，此時，不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置設計與分析 12 上卡瓦開始移動到上端位置。管柱處于平衡點下方，用提升機來支撐管柱的重量。 移動卡瓦和固定卡瓦分別由上、下兩組卡瓦組成。 獨立液壓控制系統(tǒng)型 圖 24 結構示意圖 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，是典型的獨立液壓控制系統(tǒng)不壓井 作業(yè)起下管柱設備。輔助型液壓不壓井 作業(yè) 設 備 的應用非常普遍，是一種多用途的設備。當井里的管柱比較“輕”的情況時，依靠平衡錘阻止管柱向上反彈；當井里的管柱比較“重”的情況時，依靠鉆 機或者修井機滾筒控制游動滑車阻止管柱下降進入井里。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)設備 。 此外，也用于沖砂及控制并且恢復自噴井生產(chǎn)。 4)采用組裝設計， 占地面積小、質(zhì)量小、運輸簡便、維修容易。 3)根據(jù)不壓井作業(yè)技術及常規(guī)理論分析不壓井作業(yè)設備各參數(shù)間的關系，合理設計不壓井 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計方案和計算方法，為整個設備設計計算提供可行性理論依據(jù)。 目前 ，我國不壓井作業(yè) 技術較為全面的 是 北京托普威爾石油技術服務有限公司 。 20 世紀 70～ 80 年代研制出 BY302型 和 BYXT15 型 不壓井 修井 作業(yè)起下管柱設備， 并先后在川南、川中、華北、 新疆等地進行 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)起下管柱裝置設計與分析 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) 設備 的 作業(yè) 速度、效 率、適應性 和能力 在油 氣田 的 服務中得到 證實 。 該技術作為一項保護油氣 產(chǎn) 層和井場周邊環(huán)境 的新技術、新工藝，在國內(nèi)油氣田 具 有著廣闊的應用空間。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)技術認識 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 是很重要的 ， 所以 對不壓井 修井 作業(yè) 設備 有很大的需求 。 采用不壓井 作業(yè)技術， 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 ，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 .............................................. 5 第 2章 不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置方案設計 ............................. 6 現(xiàn)有不壓井作業(yè)設備結構與工作原理 .................................... 6 鉆井設備輔助型 .................................................. 6 液壓 — 鉆井設備輔助型 ............................................ 8 獨立液壓控制系統(tǒng)型 .............................................. 9 本文設計的不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置結構與工作原理 ................. 10 不壓井修井作業(yè)起下管柱裝置設計參數(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 技術參數(shù)與特點 ................................................. 19 本章小結 ........................................................... 19 第 3章 液壓動力卡瓦設計與分析 ...................................... 20 動力卡瓦發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................... 20 本文設計的液壓動力卡瓦結構與工作原理 ............................... 21 主要設計計算分析 ................................................... 22 卡瓦牙均布壓力 bq 的確定 ........................................ 22 卡瓦牙模高度 H 的確定 .......................................... 23 卡瓦體設計與分析 ................................................... 26 卡瓦座設計與分析 ................................................... 29 本章小結 ........................................................... 32 第 4章 卡瓦牙模設計與分析 .......................................... 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 ........................................................... 42 第 5章 不壓井修井作業(yè)井架設計與分析 .................................. 43 井架型鋼材料的選用 ................................................. 43 井架結構設計 ....................................................... 44 井架設計計算的基本原則 ............................................. 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)定性計算 ................................................. 61 本章小結 ........................................................... 63 第 6章 井口防噴 系統(tǒng)方案設計 ........................................ 64 防噴器的發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................... 64 液壓閘板防噴器結構與工作原理 ....................................... 65 液壓球形防噴器結構與工作 原理 .......................................