【正文】 受壓（如圖中 L2），管柱處于自重壓縮狀態(tài)。 表 彈簧常用材料及許用應力（摘自 GB123976） 名稱 組別 許用切應力 許 用 彎 曲應力 切變 模量 G MPa 彈性模量 E MPa 推薦硬度HRC 推薦使用溫度℃ 特 性 及用途 彈簧類別 彈簧類別 Ⅰ類 Ⅱ類 Ⅲ類 Ⅰ類 Ⅱ類 碳素彈簧鋼絲 Ⅰ組Ⅱ組Ⅲ組 σB σB σB σB σB 8140078500 20300202000 40+120 強度高、韌性好，適 用 于做 小 彈簧 特殊用途碳素彈簧鋼絲 甲組、乙組、丙組 硅錳合金彈簧鋼絲 471 628 785 785 981 78500 19600 45 －50 40－＋200 彈性好，回 火 穩(wěn)定好，易脫碳，用于 制 造大 載 荷彈簧 根據(jù)表 選擇碳素彈簧鋼，這種彈簧鋼的優(yōu)點是價格便宜，原材料來源方便；缺點是彈性極限低，多次重復變形后易失去彈性，且不能 高于 120℃的溫度下正常工作。由此工作原理配方編號 501 號 29 號 丁腈 40膠 80 100 液體丁腈 40膠 20 — 硬脂酸 2 2 氧化鋅 5 5 硫磺 — DCP 2 噴霧炭黑 160 80 鄰苯二甲酸二丁腈脂 5 5 防老劑 PD — MB — 促進劑 DM 1 — TMTD 1 — 共 計 275 西安石油大學畢業(yè) 設計 （本科論文） 29 可知，卡瓦必須能在徑向張開，如果卡瓦是一個整體的話，徑向便不能變大，所以把卡瓦設計成扇形體，一共 6片，每片 1/6圓周。用一般配方，氫化丁腈橡膠的抗張強度達 30MPa以上，有特別要求的，可達 60MPa； 耐寒性優(yōu)于丁腈橡膠，而其加工性與丁腈橡膠相似。膠筒耐壓能力與是否采用“防突”裝置及該裝置結(jié)構(gòu)是否合理關(guān)系甚大。丟手工具上接頭的前端加工有內(nèi)爪，內(nèi)爪端部有突出端，進入下接頭的環(huán)形槽內(nèi)，有張緊套撐住，防止內(nèi)爪向內(nèi)收縮而丟手。內(nèi)外管柱之間完全依靠滾珠聯(lián)接，當管柱 下放到設計位置時，從井口投球，然后加壓，球座剪斷銷釘脫落，稍稍活動管柱，滾珠自動脫落，便達到丟手的目的。 西安石油大學畢業(yè) 設計 （本科論文） 20 圖 液壓投球式丟手機構(gòu) 圖 所示的丟手機構(gòu)是一個動作機構(gòu)內(nèi)置的投球式丟手機構(gòu)，它主要依靠鎖塊掛住連接套和下接頭，從而掛住下部管柱。 根據(jù)設計需要，選用雙錐體錨定方式?，F(xiàn)有的封隔器設計上還有將兩套卡瓦錨定分別置于封隔件上部和下部的結(jié)構(gòu)形式，這種雙向錨定方式主要存在封隔器解封時的下錐體脫卡問題。這種鎖緊機構(gòu)是在雙面螺紋步進鎖緊機構(gòu)的基礎上發(fā)展起來的，它解決了加工難度大的問題，同時提高了可靠性。 由圖看出，液體可通過傳壓孔進入液缸內(nèi)，產(chǎn)生液壓力壓縮封隔件，泄壓后由于密 封膠心的單向作用，進入液缸內(nèi)的液體不能泄出，一直保持坐封時的液壓力。 工作原理 （ 1）坐封 封隔器下到設計位置后，投入鋼球，待鋼球落到封隔器球座上，從井口的油管加液壓，液壓力經(jīng)油管傳到封隔器，壓力達到 57MPa 時，坐封剪釘被剪斷，坐封活塞下移，推動鎖緊機構(gòu)、卡簧片、上下膠筒，補償膠筒、擋環(huán)和上錐體下行，撐 開卡瓦，同時，鎖緊機構(gòu)鎖緊，繼續(xù)加壓，則剪斷膠筒處剪釘， 活塞推行膠筒下移，待壓力達到 1113MPa 時，膠筒壓縮到最大值，密封油套環(huán)形空間，彈簧片卡入襯管中鎖緊膠筒。此次設計的防中途坐封封隔器方案如圖 所示。 西安石油大學畢業(yè) 設計 （本科論文） 12 （ 4）穩(wěn)壓 —— 在不補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)。 西安石油大學畢業(yè) 設計 （本科論文） 10 封隔器基本標準 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現(xiàn)密封的封隔器。 西安石油大學畢業(yè) 設計 （本科論文） 9 封隔器設計原則 井下封隔器種類繁多，它是廣泛應用于自噴井采油、非自噴井采油（機械采油等），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。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。 圖 封隔器結(jié)構(gòu)示意圖： 西安石油大學畢業(yè) 設計 （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，還設計了防中途坐封裝置、后處理安全裝置和分壓裝置。西安石油大學畢業(yè) 設計 （本科論文） 1 畢業(yè) 設計 說明書 題 目： 《防中途坐封封隔器設計》 所在院系： 機械工程 學院 石油機械 班 級： 機械 0703 姓 名： 劉 世 裕 指導老師： 徐 愛 榮 完成 日期： 2020 年 月 日 西安石油大學畢業(yè) 設計 （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)展與應用 .............................2 封隔器的設計原則 ...................................4 封隔器基本標準 .....................................5 封隔器的分類 ...................................5 封隔器的型號編制 ...............................5 代號說明及應用舉例 .............................5 油田用封隔器通用技術(shù)條件 .......................6 主要設計內(nèi)容 .......................................7 設計技術(shù)參數(shù) ...................................7 結(jié)構(gòu)及性能特點 .................................7 2. 總體方案與結(jié)構(gòu)設計 ....................................9 總體方案設計 .......................................9 結(jié)構(gòu)組成 .......................................9 工作原理 ......................................10 結(jié)構(gòu)設計 ..........................................10 鎖緊機構(gòu)的設計及選擇 ..........................11 錨定方式的選擇 ................................12 西安石油大學畢業(yè) 設計 （本科論文） 3 解封方式的選擇 ................................14 丟手機構(gòu)的設計 ................................14 設計計算 ..........................................19 膠筒的設計計算 ................................19 卡瓦的設計計算 ................................23 活塞的行程計算 ................................26 彈簧的設計計算 ................................27 剪釘?shù)脑O計計算 ................................27 封隔器坐封高度計算 ............................30 密封的設計 ....................................32 3. 強度校核 .............................................35 內(nèi)中心管的校核計算 ................................35 油缸的校核計算 ....................................36 活塞桿的強度校核 ..............................36 缸筒壁厚的校核 ................................37 上接頭凸臺處受力校核 ..............................37 鎖緊機構(gòu)的校核 ....................................37 外中心管上鎖緊機構(gòu)的校核 ......................37 襯管上卡簧片的校核 ............................38 4. 經(jīng)濟性分析 ...........................................39 5. 設計總結(jié) .............................................40 參考文獻 .................................................41 西安石油大學畢業(yè) 設計 （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一步的廣泛應用，在此主要針對常規(guī)封隔器在作業(yè)時存在的中途坐封、丟手失敗、承受雙向壓力能力差導致一次成功率低的問題，進行防中途封隔器的設計。 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。開窗側(cè)鉆導斜封隔器開窗側(cè)鉆中，只需一趟就可將封隔器、斜向器和開窗鉆頭送入設計深度，實現(xiàn)坐封，定向，開窗一次成功。油井封隔器是分隔油層實行分層開采的主要井下工具。 （ 2）壓縮式：靠軸向壓縮封隔件使其直徑變大來實現(xiàn)密封的封隔器。 （ 5）坐封載荷 —— 封隔器坐封時，所需的外加載荷。該型封隔器設計了防中途坐封裝置、后處理安全裝置和分壓裝置。泄壓后，由于鎖緊機構(gòu)和彈簧片的縮緊作用，卡瓦仍處于擴張狀態(tài)，膠筒也處于密封狀態(tài)。在設計這種機構(gòu)時，可采用組合式密封，使用金屬環(huán)保護密封膠心，以保證液缸內(nèi)的壓力能維持較長的時間。從我國機械加工能力及使用可靠性等方面考慮，應優(yōu)先選用單面螺紋步進鎖緊機構(gòu)。 （ 3）單卡瓦、雙錐體結(jié)構(gòu)式 即采用一套卡瓦、雙 錐體結(jié)構(gòu) ,如圖 。 解封方式的選擇 還應考慮封隔器坐封后的承壓平衡，使封隔器不會因液壓力而產(chǎn)生使其解封的力。將管柱下井到位后，投球加壓，推動剪切活塞剪斷銷釘下行，在剪切活塞上加工有環(huán)形槽，允 許鎖塊退入環(huán)形槽內(nèi)，此時鎖塊便于連接套脫開，實現(xiàn)丟手。 這種丟手機構(gòu)雖然簡單，但管柱的全部質(zhì)量完全依靠滾珠來承擔，一旦由于管柱在下放過程中震動而壓碎滾珠，丟不開手的情況就可能發(fā)生。整個丟手機構(gòu)隨著管柱下入井中，到位后再下壓一點距離，使內(nèi)爪處于環(huán)形槽的中部，避免內(nèi)爪斜面與環(huán)形槽斜面相接觸而擠壓張緊套，使張緊套因自鎖而難下行。所謂“防突”，就是在膠筒端部安放某種阻擋環(huán)、支撐環(huán)，限制裝置和保護件等，用以阻止和限制封隔器坐封時膠筒朝油套環(huán)形空間“突出”或“流動”，從而提高和保持接觸壓力，以獲得良好的密封性。 4） 氫