【正文】 當(dāng)用于高壓液缸時，對密封性的要求更高一些。 由 d=5mm,計算 ? ? 2622 ??? ?????? ? ???sndp MPa,在 17— 19 MPa 之間，滿足要求。 已知卡瓦的錐角 =180 圖 上錐體下移距離 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 32 ??????? c t gc t gLH mm (2)膠筒壓縮距 S 由前面可知 S=60— 70mm， 取 S=60mm。短膠筒位于 兩個長膠筒之間，長膠筒的結(jié)構(gòu)如圖 ；短膠筒的結(jié)構(gòu)如圖 。 顯然，對于耐溫要求小于或等于 150℃的膠筒，氟橡膠并不合適，其可塑性差，難以加工成型，且價格比丁腈橡膠貴。這種丟手機構(gòu)相對來說，結(jié)構(gòu)比較簡單。正常鉆井時，通過牙嵌和花鍵傳遞扭矩，而軸向載荷依靠梯形反螺紋來傳遞。 3) 自動爪式丟手機構(gòu) 圖 自動爪式丟手機構(gòu) 自動式爪型結(jié)構(gòu)是一種常用于油管柱和套管柱的自動丟手機構(gòu)（如圖 ） 它通過爪子將送入工具和管柱聯(lián)接起來。按用途來區(qū)分，有主動丟手機構(gòu)和被動丟手機構(gòu)。下錐體脫卡問題是目前國內(nèi)外雙錐體雙向錨定封隔器解封結(jié)構(gòu)設(shè)計的一大難題。 （ 2）雙卡瓦、雙 錐體結(jié)構(gòu)式 即兩套單向卡瓦、雙錐體結(jié)構(gòu)（見圖 ）。這種鎖緊機構(gòu)由于兩面帶有特殊螺紋的鎖環(huán)，開口后要產(chǎn)生一定程度的變形，因此在設(shè)計和加工時應(yīng)特別注意。 液壓封隔器坐封泄壓后，一般都采用鎖緊機構(gòu)鎖緊以防坐封件回彈，目前封隔器的鎖緊機構(gòu)大致有以下幾種可供選擇： 1） 密封式鎖緊機構(gòu) 封隔器坐封時，液體進入封隔器液缸由液壓力推動活塞壓縮封隔件（或擴張封隔件），泄壓后密閉機構(gòu)使液體只能進不能出，一直保持坐封壓力。剪斷解封銷釘即可實現(xiàn)解封。 （ 2） 常規(guī)封隔器不具備后處理 安全裝置，在進行打撈作業(yè)時，若懸掛的管柱被砂埋，使得封隔器極易被拔斷，打撈難度大大增加。意為：華北油田的封隔器、其工作原理為擴張式、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。初期投資和安裝成本不應(yīng)是唯一的標(biāo)準(zhǔn)。 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。對于支撐式而言，是以井底（或卡瓦封隔器和支撐卡瓦）為支點，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，不能單獨使用，主要用于分層試油、采油、找水、堵水和酸化等；而水力擴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），都能多級使用。 實行分層配產(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。 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。此裝置安裝于襯管上，膠筒壓帽與上錐體相連。由于油田老化，為保證穩(wěn)產(chǎn)，二次采油及三次采油對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。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)。如圖 所示。單位 /MPa。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 15 坐封部分主要由活塞 缸套 坐封剪釘 6 組成，其主要作用是為封隔器提供坐封載荷。如遇封隔器下面的管柱被卡，可加力上提，剪斷懸掛銷釘，此時，下錐體掉入井中，可保證封隔器被安全起出。這種鎖緊方式機構(gòu)尺寸較長。這個力可由下式求得： F=?pS 式中 F— 中心管承壓時的上頂力， N； ?p— 封隔器上下壓差， MPa； S— 心管有效承壓面積， mm2 封隔器中心管承受的上頂力上頂管柱，使得封隔器產(chǎn)生解封的趨勢，因此，封隔 器承壓能力越高，解封力就越大。這種錨定方式同樣也存在封隔器解封時的下錐體脫卡問題。一般只要在封隔器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上使內(nèi)中心管向下的有效作用面積大于向上的 有效作用面積，就可以解決這一問題。 這種丟手機構(gòu)與前一種丟手機構(gòu)相比，原理相同。當(dāng)工具在井 下遇卡時，扭矩超過摩擦環(huán)鎖承受的設(shè)計扭矩時，反螺紋松開，內(nèi)外筒脫開，內(nèi)筒隨著鉆具一起上來，外筒丟在井下，保證了上部鉆具的安全。如果用于可回收管柱的作業(yè)中，在下接頭內(nèi)部加工一個內(nèi)錐螺紋即可實現(xiàn)。 1） 丁腈橡膠 壓縮式封隔器膠筒采用丁腈橡膠較好。 （ 2） 膠筒的耐壓性能 對不加“防突”結(jié)構(gòu)的封隔器膠筒進行受力分析，如圖 所示。 ? ??? ??? tgn WQ zk 式中： Qk－壓緊力， N； α－楔形角； υ－摩擦角。 當(dāng) p=5MPa時 ? ? ? ? 46226??? ?????? ? ???n psd mm 當(dāng) p=7MPa時 ? ? ? ? 6226??? ?????? ? ???n psd mm 由上選擇 d=4mm. 根據(jù) d＝ 4mm，計算剪斷時的壓力為 p=5MPa。 （ 3）膠筒壓縮距 膠筒壓縮距，是指封隔器坐封前膠筒的自由長度減封隔器坐封后膠筒受力時的長度。隨著合成橡膠的發(fā)展，出現(xiàn)了耐油、耐熱、耐磨等具有各種特點的合成橡膠密封材料。 （ 1） 中性點 封隔器坐封時加壓的管柱重量，就是封隔器的坐封載荷，由此得封隔器坐封載荷的近似計算公式 P＝ L2F（ r－ r0）或 P＝ L2g，則中性點深度的近似計算公式 Frr PL )( 02 ?? 或 gPL?2 式中： P－封隔器坐封載荷，公斤； g－每 100 厘米油管在井內(nèi)液體中的重量，公斤 /厘米； F－油管環(huán)行截面積， 厘米 2； r－鋼的比重，公斤 /厘米 2； r0－井內(nèi)液體比重，公斤 /厘米 2。 坐封剪釘?shù)脑O(shè)計計算 1）材料的選擇： 剪釘材料選用 35CrMo,它的許用應(yīng)力 [τ]= 2) 剪釘?shù)闹睆接嬎悖? 剪釘不被剪斷的條件是 τ≤ [τ]，而所要求的剪釘要被西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（本科論文） 34 剪斷，故按 τ≥[τ]時計算，取臨界值 τ=[τ]。 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。 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。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。 這種丟手機構(gòu)的特點是運動機構(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。 （ 2） 可旋轉(zhuǎn)的丟手機構(gòu) 1） 摩擦式丟手機構(gòu) 圖 摩擦式丟手機構(gòu) 摩擦式丟手機構(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。 圖 為一個動作機構(gòu)外置的非投球式丟手機構(gòu)，同樣用鎖塊將上下接頭連接起來。 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。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。 錨定方式的選擇 封隔器承壓能力與解封能力有關(guān)。 2）卡簧式鎖緊機構(gòu) 這種鎖緊機構(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。 （ 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。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。 （ 7）換向疲勞 —— 封隔器坐封后，改變工作壓差方向的次數(shù)。 （ 4）擴張式：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。它們的作用都是用于井下分隔油層等。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 )。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。 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。其中最重要的是封隔器和偏心配產(chǎn)器。 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。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。 所以，在設(shè)計封隔器時，應(yīng)遵循下述設(shè)計原則： （ 1）改進封隔器的結(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。 （ 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)。 （ 4） 承受雙