【正文】 50型膠筒膠料的物理機(jī)械性能見表 。 在工作狀態(tài)下，膠筒受力平衡方程為： )( 2122 RRpFF tm ???? ? 式中 Fm?膠筒與套管間的摩擦力 ,N。 表 氟橡膠在不同溫度下的性能變化 性能 溫度（℃） 24 150 260 抗張強(qiáng)度（ MPa） 伸長率（ %） 330 120 80 硬度（邵爾 A） 75 65 63 3） 氫化丁腈橡 膠 氫化丁腈橡膠是國外 80 年代中期開發(fā)并投入批量生產(chǎn)的一種新型橡膠，具有以下性能特點： 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 26 耐熱性能好。這是因為丁腈橡膠不僅具有較高的耐溫性能、良好的耐油性、較高的 抗張強(qiáng)度和較好的彈性，而且易于成型和價格低廉。膠筒的耐溫、耐壓能力是衡量封隔器好壞的技術(shù)指標(biāo)。 （ 4）結(jié)論 各種丟手機(jī)構(gòu)千差萬別，因此，根據(jù)使用目的和條件的不同，設(shè)計的側(cè)重點也各不相同，但是丟手動作的可靠性和安全性永遠(yuǎn)是丟手機(jī)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。此時加壓，推動滑套剪斷銷釘下行，牙嵌脫開，正轉(zhuǎn)鉆具，由于梯形反螺紋自行脫開，確保上部鉆具能夠順利起出井口。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 23 這種丟手工具摩擦環(huán)的扭矩不好控制，摩擦力過大，有可能脫不開；摩擦力過小，則導(dǎo)致提前丟手，通用實測法確定摩擦力得大小。 這種機(jī)構(gòu)只要加壓就可以動作，完全自動，但有兩個缺陷， 第一是管柱質(zhì)量依靠幾個爪子得尖端來承擔(dān)，額定載荷較小，同時丟手時，摩擦力較大，推動活圖 螺紋聯(lián)結(jié)式丟手機(jī)構(gòu) 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 22 塞運動的液體壓力較高，丟手較困難；第二是在下管柱過程中，當(dāng)管柱遇阻或上下運動時，爪子前后擺動，有可能造成提前脫掛。但外置式動作機(jī)構(gòu)有可能會隨著管柱的上下活動而與外層管柱的摩擦引起誤操作，提前丟手。因此，主動丟手機(jī)構(gòu)一般不需要傳遞動力，其丟手動作的可靠性是第一位的；而被動丟手機(jī)構(gòu)需要傳遞動力，往往在井下作旋轉(zhuǎn)運動，其傳遞動力的能力和安全性是第一位的。不同結(jié)構(gòu)的封隔器，需要進(jìn)行不同的承壓平衡分析及設(shè)計。因此，為了保證封隔器安全解封器出，應(yīng)考慮下錐體的脫卡問題。 除特殊情況以外，封隔器的錨定機(jī)構(gòu)應(yīng)位于封隔件的下部以利于封隔器的解封。正卡瓦用于防止封隔器上頂，反卡瓦防止封隔器下滑。為此，采用雙向錨定方式。鎖環(huán)可以在鎖環(huán)座上單方向移動，反方向鎖緊。圖 是卡簧式鎖緊機(jī)構(gòu)示意圖。采用這種鎖緊方式，封隔件回彈距極小，結(jié)構(gòu)非常緊湊。 結(jié)構(gòu)設(shè)計 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 16 結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)就是依據(jù)所確定的原理方案，在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上繪制出具體的結(jié)構(gòu)圖案，以實現(xiàn)所要求的功能。 其主要作用是將管柱內(nèi)的高壓液體泄掉，保證封隔器正常工作。采用液壓坐封，從井口加壓，實現(xiàn)封隔器坐封，工作結(jié)束以后，上提管柱解封，這種作業(yè)方式操作方便、省力。 （ 4） 承受雙向壓力的能力較差。 壓力 （ 2）工作溫度 工作溫度數(shù)值應(yīng)從以下給出的系列中選取。 （ 2）坐封 —— 按給定的方法和載荷，使封隔件始終處于工作狀態(tài)。 代號說明及應(yīng)用舉例 （ 1）分類代號：用分類名稱第一個漢字的漢語拼音大寫字母表示，其方法應(yīng)符合表 的規(guī)定。 所以，在設(shè)計封隔器時，應(yīng)遵循下述設(shè)計原則： （ 1）改進(jìn)封隔器的結(jié)構(gòu)，提高封隔器安全可靠性及技術(shù)性能； （ 2）在不影響技術(shù)性能的前提下，盡量簡化結(jié)構(gòu)，降低成本； （ 3）綜合考慮封隔器的整體結(jié)構(gòu)來設(shè)計承壓平衡、坐封平衡和下錐體脫卡問題。 當(dāng)封隔器下入井中去封隔油層時，稱為“坐封 ”。劉海玲設(shè)計了小直徑丟手接頭、小直徑偏心開關(guān)等配合封隔器組成小直徑丟手堵水工藝管柱。因此有必要系統(tǒng)總結(jié)現(xiàn)有封 隔器技術(shù)及產(chǎn)品，加大新材料研發(fā)力度，開展新的坐封方式和作業(yè)工藝研究，為油田開發(fā)提供有力支持。 在當(dāng)前各大油田中，大多使用的封隔器為以上幾種形式，但是還不能解決問西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 8 題。 國內(nèi)封隔器的發(fā)展與應(yīng)用 封隔器是井下管柱的核心部分在采油工藝中起著極其重要的作用。其中最重要的是封隔器和偏心配產(chǎn)器。常規(guī)的封隔器防中途坐封能力不強(qiáng)，當(dāng)懸掛較長防沙管或在大斜度井中下井過程中，管柱受力復(fù)雜，封隔器極易中途坐封而降低一次施工成功率，大大增加了作業(yè)費用。 關(guān)鍵詞 封隔器 坐封 丟手 解封 結(jié)構(gòu) 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 5 Packer with haifway seating Abstract In order to makethe conventional packers packers used further widely in oil field , in mainly aiming at halfway seating ,failure of giving up ,badly bearing ability of twoway pressure leading to the problem of a low success , we are ready to design the packer with halfway seating . The packer has been designed ,including halfway seating device , postprocessing device and partial pressure device ,in the same time the hydraulic giving up sealing , twoway sit cone card tile anchor mechanical lock and string deliding through carring on or putting down structure have been adopted . It has the resistance of impacting ,giving up flexible ,avoiding the sealing slippery ,better hanging ability ,large drift diameter and better prehensive structure characteristic. In addition,it can been also used as hanging pipe column ,bridge plug , type packer and water plugging. Keyword packer sealing giving up deblocking structure 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 6 1 緒論 題目的意義 封隔器是油田采油工具中重要井下工具之一，它位于套管和油管之間。因此，要使非均質(zhì)、多油層的油田確保高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，就要調(diào)整各層之間的矛盾，使不同滲透性和壓力的油層能夠比較合理的開采。此裝置通過解封環(huán)和解封銷釘安裝在中心管上，丟手束爪一端與懸掛管連接，另一端為懸掛爪型結(jié)構(gòu)，與下接頭內(nèi)螺紋相連，內(nèi)表面由球座上的支撐環(huán)支撐。 隨著石油工業(yè)的發(fā)展， 封隔器也不斷發(fā)展，種類也越來越多，其類型 有：支撐式、卡瓦式、皮碗式、水力擴(kuò)張式、水力自封式、水力密封式、水力壓縮式等。第 1位數(shù)字代表支持方式 (1尾管、 2單向卡瓦、 3無卡瓦、 4雙向卡瓦、’ 5錨定 )；第 2位數(shù)字代表坐封方式 (1 提放管柱、 2 轉(zhuǎn)管柱、 3自封、 4液壓、 5 下工具 )；第 3 位數(shù)字代表解封方式 (1 提放管柱、 2 轉(zhuǎn)管柱、 3鉆銑、 4液壓、 5 下工具 )。 使用封隔器的工藝管柱包括層位封堵工藝管柱、分層注水工藝管柱 (井下定量分注、輪流注水管柱、油管分注技術(shù)、可反洗井注水管柱、可保護(hù)套管多次正反洗井的深井超深井污水回注管柱等 )、酸化壓裂及分層壓裂工藝管柱、分層換層采油工藝管柱、油井測試工藝管柱等測試工藝管柱等。它們的作用都是用于井下分隔油層等。應(yīng)選擇具有最低綜合成本又能達(dá)到目的的封隔器，同時既要考慮到目前 又要考慮到將來的油井情況。 （ 4）擴(kuò)張式：一定壓力的液體作用于封隔件內(nèi)使封隔件直徑變大來實現(xiàn)密封的封隔器。 應(yīng)用舉例： ? Y411135 型可取式雙卡瓦封隔器，意為：該封隔器的工作原理為壓縮式、雙向卡瓦支撐、提放管柱坐封、提放管柱解封、剛體最大外徑為135mm. ? 華北 K341140 型裸眼封隔器。 （ 7）換向疲勞 —— 封隔器坐封后，改變工作壓差方向的次數(shù)。目前，各油田使用的相關(guān)類型的封隔器都不同程度的存在著如下問題： （ 1） 封隔器防中途坐封能力不強(qiáng)，當(dāng)懸掛較長防沙管或在大斜度井中下井過程中，管柱受力復(fù)雜，封隔器極易中途坐封而降低一次施工成功率，大大增加了作業(yè)費用。在直井、斜井和水平井作業(yè)中 ，可用于懸掛管柱、作橋塞、卡封及堵水等。解封剪釘?shù)闹饕饔檬强刂破浣夥饬Α? （ 3）丟手 從井口油管加液壓至 18MPa 左右，丟手剪釘被剪斷，丟手短節(jié)下行，由于防脫塊的作用，丟手短節(jié)被防脫塊擋住，液體從丟手束爪上的縫隙流出，實現(xiàn)丟手泄壓。采用這種鎖緊方式，封隔件回彈距極小，結(jié)構(gòu)非常緊湊。 2）卡簧式鎖緊機(jī)構(gòu) 這種鎖緊機(jī)構(gòu)由卡簧、卡簧座等組成，卡簧可以在卡簧座單方向移動，反方向鎖緊。這種鎖緊機(jī)構(gòu)主要存在問題是加工難度大。 錨定方式的選擇 封隔器承壓能力與解封能力有關(guān)。這種錨定方式的封隔器一般內(nèi)中心管與下接頭相連，雖然從承壓原理上看存在著解封力與承壓能力有關(guān)的不足之處，但有一個很大的優(yōu)點，即避免了下錐體脫卡問題。承壓時，上錐體下推卡瓦；城下壓時，下錐體下推卡瓦，將力轉(zhuǎn)移到套管上。雙錐體雙向錨定封隔器上提解封時，上錐體可由主動力拔開，使上部卡瓦失去支撐而脫卡，當(dāng)繼續(xù)上提時，將上拔下部卡瓦，若下錐體沒有脫開時，將不能脫卡，造成卡封事故。 例如，某一雙向錨定封隔器采用上提管柱解封方式，封隔器坐封后承受上壓差時，若封隔器的內(nèi)中心管受一向上的力將上頂管柱，使封隔器有解封的趨勢。 丟手機(jī)構(gòu)的設(shè)計 石油工程用丟手機(jī)構(gòu)是一種常用的井下工具，在鉆井上通常以安全接頭的形式出現(xiàn)，在固井和采油等方面通常叫做丟手工 具或自動脫掛結(jié)構(gòu)。 圖 為一個動作機(jī)構(gòu)外置的非投球式丟手機(jī)構(gòu)，同樣用鎖塊將上下接頭連接起來。 這種丟手機(jī)構(gòu)首先是承載能力大，可以承受幾百噸的載荷；其次是卸荷套消除丟手螺母的軸向載荷后， 丟手螺母與套管柱之間有相對運動時，減少了摩擦力的影響，確保丟手螺母順利倒螺紋并脫開。 （ 2） 可旋轉(zhuǎn)的丟手機(jī)構(gòu) 1） 摩擦式丟手機(jī)構(gòu) 圖 摩擦式丟手機(jī)構(gòu) 摩擦式丟手機(jī)構(gòu)也叫摩擦式安全接頭（如圖 ），主要用在石油鉆井井下工具中，常用在取心筒上，其關(guān)鍵零件是內(nèi)外筒之間的摩擦環(huán)，在摩擦環(huán)的 2個端面上，通過焊接或機(jī)加工，變成凹凸不平并帶有尖銳突出物的表面，內(nèi)外筒擰緊后依靠摩擦環(huán)的 2 個摩擦端面?zhèn)鬟f扭矩。 （ 3） 其它丟手機(jī)構(gòu) 1) 牙嵌式丟手機(jī)構(gòu) 圖 牙嵌式丟手機(jī)構(gòu) 牙嵌式丟手機(jī)構(gòu)式一種用來傳遞 大扭矩和重載荷的可旋轉(zhuǎn)丟手機(jī)構(gòu)，可用于石油鉆井的井下工具中，作為安全接頭使用（如圖 ），在上接頭和滑套之間設(shè)計有相互嚙合的牙嵌；滑套和下接頭之間設(shè)計有花鍵聯(lián)接。 這種丟手機(jī)構(gòu)的特點是運動機(jī)構(gòu)均設(shè)計在管柱內(nèi)，不會因管柱與井壁的摩擦而引 起操作；二是張緊套、球及內(nèi)爪等所有零件均隨上部管柱的提出而起出，不會給管柱端部留下阻礙。當(dāng)液壓力達(dá)到 一定值后，剪斷丟手剪釘，丟手短節(jié)下移，被防脫環(huán)擋住，液體從束爪上的縫隙中流出，實現(xiàn)泄壓。目前橡膠硫化體一般采用無硫硫化體系，有利于提高其耐溫性能。見表 。 表 丁腈橡膠與氫化丁腈橡膠性能對比 性能 中膠筒 端膠筒 丁腈 氫化丁腈 丁腈 氫化丁腈 抗張強(qiáng)度（ MPa） 16 27 伸長率（ %） 300 280 175 210 硬度（邵爾 A） 78 78 90 86 永久變形（ %） 21 18 綜上所述，封隔器膠筒的耐溫性能與材質(zhì)密切相關(guān)，對于耐溫和耐壓不高，或工作溫度較高而工作時間較短的膠筒，可優(yōu)先選用丁腈橡膠。這種膠筒結(jié)構(gòu)為三單元膠筒，有兩個長膠筒和一個短膠筒組成。 表 35 40Cr的熱處理及力學(xué)性能 牌號 式樣尺寸 /mm 熱處理方法 力學(xué)性能 供應(yīng)狀態(tài)硬度 HBC 淬火 回火 b? /MPa s? /MPa 5? φ kv?/J 溫度 /℃ （ %） ≥ ≤ 40Cr 25 850 52 980 785 9 45 47 207 受力 分析 卡瓦類零件是井下工具的一個重要零件，它的設(shè)計質(zhì)量直接影響到封隔器等井下工具的坐封可靠性和安全性。