【正文】 向壓力的能力較差。 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。采用這種鎖緊方式，封隔件回彈距極小，結(jié)構(gòu)非常緊湊。鎖環(huán)可以在鎖環(huán)座上單方向移動(dòng)，反方向鎖緊。正卡瓦用于防止封隔器上頂，反卡瓦防止封隔器下滑。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。因此，主動(dòng)丟手機(jī)構(gòu)一般不需要傳遞動(dòng)力，其丟手動(dòng)作的可靠性是第一位的；而被動(dòng)丟手機(jī)構(gòu)需要傳遞動(dòng)力，往往在井下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其傳遞動(dòng)力的能力和安全性是第一位的。 這種機(jī)構(gòu)只要加壓就可以動(dòng)作，完全自動(dòng)，但有兩個(gè)缺陷， 第一是管柱質(zhì)量依靠幾個(gè)爪子得尖端來承擔(dān)，額定載荷較小，同時(shí)丟手時(shí)，摩擦力較大，推動(dòng)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(jì)（本科論文） 22 塞運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，爪子前后擺動(dòng)，有可能造成提前脫掛。此時(shí)加壓，推動(dòng)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。膠筒的耐溫、耐壓能力是衡量封隔器好壞的技術(shù)指標(biāo)。 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(zhǎng)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(guó)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(diǎn)： 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 26 耐熱性能好。 表 膠料配方 4）物理機(jī)械性能 YS1503650型膠筒膠料的物理機(jī)械性能見表 。 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 材料的選擇 彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的變形。 由 d=5mm,計(jì)算 ?F ? ? 622 ?????? ???nd kN,在 60—80kN之間，滿足要求。 機(jī)械設(shè)備密封性能的好壞，是衡量設(shè)備 質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。因此密封裝置的質(zhì)量直接影響液壓系統(tǒng)的性能，不能忽視。 2) 剪釘?shù)闹睆接?jì)算：丟手剪釘聯(lián)接丟手短節(jié)和內(nèi)中心管，當(dāng)壓力達(dá) 1719 MPa 時(shí) ，丟手剪釘被剪斷，實(shí)現(xiàn)丟手泄壓，此處均布 8 個(gè)。 活塞的下移長(zhǎng)度 L=S+H 其中 S— 膠筒壓縮距； H— 上錐體下移距離。 選擇 YS1503650型膠筒，這種膠筒可用于中深井和深井的各種井下采油工藝措施。 2） 氟橡膠 氟橡膠具有良好的耐溫、耐熱和抗老化性能，但強(qiáng)力性能和硬度均溫度的升高而明顯降 低，其中抗張強(qiáng)度的變化特點(diǎn)是：在 150℃以下，抗張強(qiáng)度隨溫度的升高而迅速降低；在 150～ 260℃之間，則隨溫度的升高而下降較慢。在此設(shè)計(jì)一個(gè)丟手束爪，工作原 理基本與內(nèi)爪式丟手機(jī)構(gòu)相同。 這種工具的缺點(diǎn)主要是傳遞重力小，當(dāng)下部管柱的質(zhì)量較大時(shí)，有一定的危險(xiǎn)性；控制液缸設(shè)計(jì)在外部，在下放管柱中外力摩擦可能誤操作，提前丟手。丟手機(jī)構(gòu)隨套管柱下井，當(dāng)套管柱通過懸掛器掛在外層套管上或坐在井底時(shí)，繼續(xù)下放一段管柱，讓卸荷套與套管柱壓緊，卸去丟手螺母上的軸向載荷，然后轉(zhuǎn)動(dòng)上部鉆具，因丟手螺母加工有反螺紋，隨著鉆具的轉(zhuǎn)動(dòng)便退入卸荷套內(nèi)，與套管柱脫開。所以，在本次設(shè)計(jì)中，選用上提管柱的解封方式。 而有一些則是由于錨定機(jī)構(gòu)本身問題， 如雙錐體機(jī)構(gòu)的錨定，其本身不可能有下錐體脫卡的功能。 由于上下錨定被分開，封隔器整體結(jié)構(gòu)將被拉長(zhǎng)（參見圖 ）。設(shè)計(jì)時(shí)，封隔件回彈距可控制在 4mm以內(nèi)。密閉機(jī)構(gòu)可以采用針閥或球閥、單流閥結(jié)構(gòu)，也可以采用膠體密封。 解封部分主要由解封剪釘 2下接頭 2懸掛銷釘 23等組成。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 14 2 總體方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì) 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。 表 解封方式代號(hào) 解方式名稱 提放管柱 轉(zhuǎn)管柱 鉆銑 液壓 下工具 代號(hào) 1 2 3 4 5 （ 5）剛體最大外徑：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為 mm. 應(yīng)用上述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可將油田名城加到封隔器型號(hào)的前面，特殊用途加到封隔器的后面。 封隔器的選擇包括對(duì)封隔器在井中預(yù)期目的分析，例如先期完井、采油增產(chǎn)措施和修井工藝等。對(duì)淺井及較好的工況，封隔器多采用單向卡瓦或無卡瓦，解封方式也多為機(jī)械式，即提放管柱或旋轉(zhuǎn)管柱；工況惡劣井和大井徑往往采取雙向卡瓦，甚至是錨定，由于作業(yè)難度增加，解封方式傾向于液壓、鉆銑等方式。一般來講，無錨定封隔器雙向承壓能力都比較低，單向錨定封隔器只有較高的單向承壓能力，而雙向錨定封隔器則具有了較高的雙向承壓能力。各層的滲透性能、壓力和含水程度差別會(huì)很大，如果采油時(shí)對(duì)多層籠統(tǒng)開采，處在同壓力作用下，滲透性好、壓力高的地層就產(chǎn)油多，而中低滲透層及壓力較低的油層，則因生產(chǎn)壓差小，不能發(fā)揮生產(chǎn)能力。另外，常規(guī)封隔器不具備后處理安全裝置，在進(jìn)行打撈作業(yè)時(shí)，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。 從早期的“種子袋”封隔器問世以來，封隔器的發(fā)展經(jīng)歷了一百多年的歷史，其種類繁多。 一般封隔器產(chǎn)品及配套工具。大多數(shù)封隔器坐封基本機(jī)理是： （ 1）推動(dòng)錐形卡瓦后面的錐體，把卡瓦撐開，使其貼到套管壁上，并防止封隔器移動(dòng)； （ 2）壓縮密封元件，形成有效密封。 表 分類代號(hào)表 分類名稱 自封式 壓縮式 楔入式 擴(kuò)張式 分類代號(hào) Z Y X K 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 11 （ 2）支撐方式代號(hào)：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，方式應(yīng)符合表 規(guī)定。單位 /℃ 溫度 55 70 80 90 120 150 180 300 370 （ 3）剛體最大外徑 剛體最大外徑數(shù)值優(yōu)先從以下給出的系列中選取。 密封部分主要由密封膠筒 1 1 14 及其密封滑組成的密封結(jié)構(gòu) 。在選擇零件的材料、確定零件的形狀、尺寸時(shí)，必須考慮其加工工藝、強(qiáng)度、剛度、精度以及與其他零件的相互關(guān)系等問題。這種鎖緊機(jī)構(gòu)的卡簧數(shù)一般為 3 個(gè)，卡圖 用膠件的密閉式鎖緊機(jī)構(gòu)示意圖 1心管 2－密封圈 3－鋼套 4－密封膠心 圖 卡簧式鎖緊機(jī)構(gòu) 1卡簧體 2－承壓環(huán) 3－卡簧 4－卡簧座 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 17 簧座可單方面移動(dòng)，反方向鎖緊。 雙向錨定封隔器目前有以下幾種方式可供設(shè)計(jì)時(shí)選用： 1）錨、瓦結(jié)構(gòu)式 是指水力錨和單向卡瓦組合的錨定方式。 雖然雙錐體結(jié)構(gòu)的錨定提高了封隔器的承壓性能，但卻大大降低了封隔器解封的安全可靠性。完善的承壓平衡設(shè)計(jì)，應(yīng)使封隔器在承壓時(shí)，由液壓力產(chǎn)生的力直接通過錨定機(jī)構(gòu)作用到套管上，封隔器不會(huì)有因液壓力解封的趨勢(shì)。因此，在丟手工具的上下必須加裝剛性扶正器，以避免丟手工具與外層管柱相摩擦。 2) 液壓爪式丟手機(jī)構(gòu) 圖 液壓爪式丟手機(jī)構(gòu) 液壓爪式丟手機(jī)構(gòu)主要用于采油作業(yè)中，當(dāng)需要機(jī)械坐封封隔器時(shí)，常用這種結(jié)構(gòu)。將幾種不同結(jié)構(gòu)的丟手機(jī)構(gòu)組合在一起，也是一種提高可靠性的辦法，但會(huì)增加成本和加工難度。未加補(bǔ)償填充劑丁腈橡膠的抗張強(qiáng)度為 3～ ，而加補(bǔ)強(qiáng)填充劑后抗張強(qiáng)度增大到 25～ 30MPa。 Ft?膠筒的抗剪切力， N； Δp?膠筒承受的工作壓差， Pa； R2?套管內(nèi)半徑， m； R1?膠筒座外半徑， m。 通過對(duì)相當(dāng)應(yīng)力進(jìn)行分析和大量數(shù)值計(jì)算，可以看出，要想降低卡 瓦類零件的應(yīng)力，可在設(shè)計(jì)和施工時(shí)采取下列措施： （ 1）增加卡瓦片數(shù)； （ 2）增加卡瓦寬度； （ 3）增加卡瓦牙面長(zhǎng)度； （ 4）適當(dāng)增大 α 角（但不宜超過 20?）； （ 5）增加卡瓦牙根部加工刀角半徑； （ 6）增加卡瓦與套管壁的摩擦角 φ。 根據(jù)上述公式， 當(dāng) p=11MPa時(shí) , ? ? ? ? 6226??? ?????? ? ???n psd mm 當(dāng) p=13MPa時(shí) , ? ? ? ? 6226??? ?????? ? ???n psd mm 取 d=6mm。 5in（指公稱直徑）膠筒為 60～ 70mm左右。 以前這些具有重要作用的密封元件主要是用皮、革、麻、石棉等纖維質(zhì)的材料，所以不能完全防止泄漏。在管柱受拉與受壓間，處于既不受拉，也不受壓時(shí)的點(diǎn) O，叫中性點(diǎn)。 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 33 彈簧的尺寸計(jì)算 由于選擇的材料為碳素彈簧鋼，根據(jù)上表可知 ? ? ???? B?? MPa 2790008 3 4324 ??? ???? nDGdk pN/mm ???? ?pkp N 52102 ??? dDc 14 ???? ??????? ccck ? ? ?????? ?pk cd mm 取 d=2mm. 表 彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù) 參數(shù)名稱及代號(hào) 計(jì)算公式 結(jié)果 中徑 D2 D2=cd=5 2=10 10 內(nèi)徑 D1 D1=D2d=102=8 8 外徑 D D=D2+d=10+2=12 12 旋繞比 c c=D2/d=10/2=5 5 自由高度 H0 H0=nd+鉤環(huán)軸向長(zhǎng)度 =30 2+40=100 100 螺旋角 α ????????????? 2 ??? ar c t gDpar c t g 取 4186。為了使卡瓦牙受力均勻，并且盡可能小地?fù)p壞套管壁和卡瓦牙，把它設(shè)計(jì)成兩面都是錐體，具體結(jié)構(gòu)如下圖： 材料的選擇 材料選擇 40Cr, 因?yàn)榭ㄍ咴诰畠?nèi)套管中靠卡瓦牙固定封隔器，對(duì)材料的硬度和韌度要求較高。 4） 氫化丁腈橡膠與丁腈橡膠性能對(duì)比 氫化丁腈橡膠與丁腈橡膠的性能對(duì)比見表 。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(hù)件等，用以阻止和限制封隔器坐封時(shí)膠筒朝油套環(huán)形空間“突出”或“流動(dòng)”，從而提高和保持接觸壓力，以獲得良好的密封性。整個(gè)丟手機(jī)構(gòu)隨著管柱下入井中，到位后再下壓一點(diǎn)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。 這種丟手機(jī)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但管柱的全部質(zhì)量完 全依靠滾珠來承擔(dān)，一旦由于管柱在下放過程中震動(dòng)而壓碎滾珠，丟不開手的情況就可能發(fā)生。將管柱下井到位后，投球加壓，推動(dòng)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(shí)鎖塊便于連接套脫開，實(shí)現(xiàn)丟手。 解封方式的選擇 還應(yīng)考慮封隔器坐封后的承壓平衡，使封隔器不會(huì)因液壓力而產(chǎn)生使其解封的力。 （ 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 。 從我國(guó)機(jī)械加工能力及使用可靠性等方面考慮，應(yīng)優(yōu)先選用單面螺紋步進(jìn)鎖緊機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)這種機(jī)構(gòu)時(shí)，可采用組合式密封，使用金屬環(huán)保護(hù)密封膠心，以保證液缸內(nèi)的壓力 能維持較長(zhǎng)的時(shí)間。泄壓后，由于鎖緊機(jī)構(gòu)和彈簧片的縮緊作用，卡瓦仍處于擴(kuò)張狀態(tài)，膠筒也處于密封狀態(tài)。該型封隔器設(shè)計(jì)了防中途坐封裝置、后處理安全裝置和分壓裝置。 （ 5）坐封載荷 —— 封隔器坐封時(shí)，所需的外加載荷。 （ 2）壓縮式：靠軸向壓縮封隔件使其直徑變大來實(shí)現(xiàn)密封的封隔器。油井封隔器是分隔油層實(shí)行分層開采的主要井下工具。開窗側(cè)鉆導(dǎo)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(shè)計(jì)深度，實(shí)現(xiàn)坐封，定向，開窗一次成功。 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。西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科論文） 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 《防中途坐封封隔器設(shè)計(jì)》 所在院系： 機(jī)械工程學(xué)院 石油機(jī)械 班 級(jí)： 機(jī)械 0703 姓 名： 劉 世 裕 指導(dǎo)老師： 徐 愛 榮 完成日期： 2021 年 月 日 西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(guó)內(nèi)封隔器的發(fā)展與應(yīng)用 .............................2 封隔器的設(shè)計(jì)原則 ...................................4 封隔器基本標(biāo)準(zhǔn) .......................