【文章內(nèi)容簡介】 作，只有在井噴時高壓地層壓力的出現(xiàn)剪斷銷釘 5，防噴器才進行工作。外筒 9上開一小孔供鉆桿外液體進入井下防噴器，孔上安裝濾網(wǎng) 2，阻止鉆桿外巖屑等大粒雜質(zhì)進入防噴器堵塞防噴器，提 高其工作可靠度。濾網(wǎng) 2 上用螺釘 4安裝一個濾網(wǎng)擋板 3固定濾網(wǎng) 2。增壓活塞 6 大小端沿外筒 9不同直徑的內(nèi)孔運動。增壓活塞 6大小端連接筒上開小孔，中心管 10 上開小孔，形成了鉆桿內(nèi)到增壓活塞 6 大端上腔液體的流通通道。 內(nèi)筒 12 小端安裝于外筒 9與中心管 10 的隔縫中，內(nèi)筒 12 大端緊靠膠筒 14。膠筒之間用隔環(huán) 15隔開，距上接頭 19較近的膠筒 16通過矩形螺紋與膠筒座 17連接，膠筒座 17 通過兩個銷釘 18與中心管 100 緊固。 膠筒 14和隔環(huán) 15與鋼圈 20 之間硫化，膠筒 16與膠筒座 17 之間硫化。 其結(jié)構(gòu)詳圖見圖一。 井下防噴器設(shè)計研究 7 圖一 井下防 噴器結(jié)構(gòu)圖 正常工況下 : 鉆具止回閥開啟，鉆井液從井口依次通過鉆桿、井下防噴器主體、鉆具止回閥、鉆頭進入鉆桿與井壁的環(huán)空。井下防噴器膠筒不 壓縮 ，保持鉆桿與井壁環(huán)空通暢，不影響鉆井的正常工作。 井涌、井噴工況下 : 井下防噴器座封：地層高壓液體通過鉆頭進入鉆桿內(nèi)向上流動，使鉆頭附近的鉆具止回閥關(guān)閉，封堵鉆桿內(nèi)通道。同時，鉆桿與井壁環(huán)空中的地層高壓流體通過井下防噴器外筒上的小孔進入井下防噴器內(nèi)增壓活塞大端下腔作用于增壓活塞大端的下側(cè)，而鉆桿內(nèi)的鉆井液通過增壓活塞大小端連接筒上小孔 和中心管上小孔進入增壓活塞大端上腔作用于增壓活塞大端的上側(cè)。它們之間在增壓活塞左右兩側(cè)形成的壓差達到預(yù)定值時，將連接在增壓活塞大端和外筒上的剪切銷釘剪斷，增壓活塞在壓差的作用下沿外筒向上運動。增壓活塞小端由于增壓活塞的增壓作用產(chǎn)生足夠大的壓力作用于 內(nèi)筒小端，使之推動內(nèi)筒壓縮膠筒， 封堵鉆桿與井壁的環(huán)空，關(guān)閉油氣層。 井下防噴器解封： 上提鉆柱。用一定的力上提鉆柱，中心管與鉆桿通過上下接頭螺紋聯(lián)接，產(chǎn)生隨鉆桿向上運動的趨勢； 膠筒座 與膠筒通過膠筒座螺紋聯(lián)接，鉆桿上提時由于膠筒與井壁產(chǎn)生的摩擦力而靜止不動；上提力達 預(yù)定值后，剪斷連接在 膠筒座 和中心管上的剪切銷釘；中心管隨鉆桿向上運動，膠筒和 膠筒座 在膠筒與井壁摩擦力作用下靜止不動，內(nèi)筒由于被 膠筒 抵住不能隨鉆桿向上運動， 增壓活塞被內(nèi)筒抵住不能隨鉆桿向上運動， 中心管 和下接頭及外筒向上運動時，擠出增壓活塞大端下接頭之間的鉆井液，使西南石油大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 之復(fù)位。 膠筒 復(fù)原 ，使鉆桿與井壁環(huán)空流通而井下防噴器解封。 再次使用時，起鉆柱至地面，更換剪切銷釘后下入井內(nèi)使用。 3 井下防噴器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 鉆井井深： 2021 米 最高工作環(huán)境溫度： 120℃ 最大工作壓力： 35MPa 開啟壓力： 5MPa 正常工作壓力： 20MPa 增壓裝置增壓倍數(shù)： 3 井眼直徑：φ (8 1/2”) 鉆桿直徑： (5 1/2”) 鉆桿參數(shù)： 鉆桿 尺寸 （ in.） 重量 (Kg/m) 鋼級 外徑 （ mm） 壁厚 （ mm） 內(nèi)徑 （ mm） 擠毀壓力（ MPa） 內(nèi)屈服壓力（ MPa） 管體屈服強度（ KN） 5 1/2” E 1944 鉆桿接頭： 5 1/2FH 鉆桿接頭力學性質(zhì)： 鋼級 重量 抗拉強度 屈服強度 伸長率 E ≥ 965MPa ≥ 827MPa ≥ 13% E75 級鉆桿材料的參數(shù)： 屈服強度 抗拉強度 Min Max Min 517MPa 724MPa 689MPa 鎳鉻鋼彈性模量： 206Gpa 鎳鉻鋼切變模量： 鎳鉻鋼泊松比模量： 一種新型井下防噴器設(shè)計研究 9 綜合考慮井下的高溫、高壓、腐蝕環(huán)境進行選擇。 中心管： E75 鉆桿鋼 增壓活塞： E75 鉆桿鋼 外筒： E75 鉆桿鋼 內(nèi)筒： E75 鉆桿鋼 頂筒： E75 鉆桿鋼 下接頭： E75 鉆桿鋼 上接頭： E75 鉆桿鋼 下膠筒座 ：耐腐蝕不銹鋼 216L 上膠筒座：耐腐蝕不銹鋼 216L 單流閥：耐腐蝕不銹鋼 216L 蝶形彈簧： UNS N07090 密封圈：丁腈橡膠 膠筒： NBR 丁腈橡膠 該設(shè)計的膠筒為非標件，由于時間有限，未進行詳細設(shè)計，在現(xiàn)有膠筒型號下進行改動，主要參數(shù)如下： 外徑： 內(nèi)徑： 98mm 總長： 474mm 工作壓力： 250Kg/m 178。 工作溫度： 120℃ 結(jié)構(gòu)見圖 ： 膠筒外徑： 膠筒總長度： 474mm 西南石油大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 膠筒材料采用井下防腐蝕性能較好的 NBR 丁腈橡膠 。橡膠內(nèi)加金屬支承進行強度加強。 按抗內(nèi)壓壓力容器設(shè)計 鉆桿外最大壓力 35MPa 鉆桿內(nèi)正常壓力 20MPa 故鉆桿內(nèi)外形成最大壓差為 3520=15MPa 且增壓倍數(shù) 3 倍 故防噴器內(nèi)產(chǎn)生最大壓力為 15x3=45MPa 一種新型井下防噴器設(shè)計研究 11 內(nèi)筒受力狀態(tài)可類似看成如下狀態(tài)： 受內(nèi)壓 45MPa，外壓 35MPa 故設(shè)計壓力 cp =10MPa ??? = ny? （ 31） = =(MPa) 計算厚度： ? ? ct ic pDpt ?? ?2 （ 32） = 211610 ?? ?? ）（ t =(mm) 2Cttd ?? = ? )( mm? 圓整值???? 21 CCttn ）（ mm7? 按封隔器中心管壁厚計算方法計算： 井噴后泵入壓井液時，中心管承受最大的內(nèi)壓 tp =35MPa ? ??2Dpt t? （ 31） = 9835? ? =（ mm） 理想正常工作狀態(tài)下，由于中心管上開小孔，中心管內(nèi)外流體連通，受壓相同，中心管不受力；井噴時鉆桿外最高壓力達35MPa，防噴器內(nèi)形成最高壓力達 45MPa，中心管內(nèi)壓力 20MPa。故理想狀態(tài)下中心管不受內(nèi)壓。 許用應(yīng)力 ??? = 按內(nèi)壓容器算中心管設(shè)計 壁 厚 ： 內(nèi)筒設(shè)計壁厚： 7mm 西南石油大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 抗外壓壓力容器計算： 估設(shè)中心管長度 L=1385mm t=10mm， 5DLo ?? ??to 由 [1]查圖 411 得 ??? 由 [1]查圖 412 得 162B? ? ?eOtDBp ? （ 34） = ??? cp 不符合要求。 b、重設(shè) mmt 11? ?to 5DLo ?? 由 [1]查圖 411 得 ??? 由 [1]查圖 412 得 B=163, ? ?eOtDBp ? ? = cp =25MPa 不符合要求。 c、設(shè) mmt 12? 1298D ?to = 一種新型井下防噴器設(shè)計研究 13 981385DLo ? = 由 [1]查圖 411 得 ??? 由 [1]查圖 412 得 B=164 ? ?eOtDBp ? ? = cp =25MPa 不符合要求。 d、設(shè) t=13mm oLD = 138598 = oDt = 9813 = 由 [1]查圖 411 得 A= 110? 由 [1]查圖 412 得 B=167 ? ?eOtDBp ? = =25MPa 不符合要求。 e、設(shè) t=14mm oLD = 138598 = oDt = 9814 =7 由 [1]查圖 411 得 A= 110? 由 [1]查圖 412 得 B=165 西南石油大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 ? ?eOtDBp ? =1657 =25MPa 不符合要求。 f、設(shè) mmt 15? 1598D ?to = 981385DLo ? = 由 [1]查圖 411 得 ??? 由 [1]查圖 412 得 B=167, ? ?eOtDBp ? ? = cp =25MPa 符合要求。 故取 mmt 15? 。 當中心管長度 L 確定后再校核計算。 外筒設(shè)計計算 外徑與鉆桿接頭外徑相等 D= (1)與大端活塞相配合的一段壁厚 由于增壓活塞產(chǎn)生 3 倍壓力，所以得下式 ???????? ?????????? ? 2222 494d3PP494D ???? （ 36）