【導(dǎo)讀】完成日期：2020年月日。西安石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)。摘要為了使封隔器在油田能夠得到進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用，在此主要針。對常規(guī)封隔器在作業(yè)時(shí)存在的中途坐封、丟手失敗、承受雙向壓力能。力差導(dǎo)致一次成功率低的問題，進(jìn)行防中途封隔器的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了防中途坐封裝置、后處理裝置和分壓裝置，采用了液壓坐封丟。手、雙向錐體卡瓦錨定、機(jī)械內(nèi)鎖緊和上提下放管柱解封結(jié)構(gòu)，具有?？古鲎?、坐封丟手靈活、防上滑、懸掛能力強(qiáng)、通徑大及結(jié)構(gòu)簡單綜。合性能強(qiáng)等特點(diǎn)，可用于懸掛管柱、作橋塞、卡封及堵水。

　　

【正文】 其中： 342321 ?????????????????????cccv RhRRhRRhRRR rhrhR ????? rhrhR ????? rhrhR ????? rhrhR ???? 式中： Rc－套管內(nèi)半徑， h－牙高； 西安石油大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （本科論文） 31 r－牙根刀角半徑。 通過對相當(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。 經(jīng)計(jì)算可知 F= i n ????? FF n kN 由卡瓦標(biāo)準(zhǔn)可知，卡瓦牙齒頂寬為 ～ （ SY 5049— 84） 由結(jié)構(gòu)可知牙長 20mm，每片卡瓦有 40個(gè)牙，按齒頂寬為 ， S (片 )= 40 20=160mm2 S (總 ) = 160 6=960 mm2 ????總SF n? MPa 所以，卡瓦牙不被壓損； 技術(shù)要求 1） 齒表面滲碳淬火，滲碳層厚度為 ~； 2） 齒的硬度為 45～ 50HRC； 3） 熱處理后不許有脫層和裂紋缺陷； 4） 除齒尖外，其余銳棱倒鈍。 活塞的行程計(jì)算 在坐封過程中，活塞的行程等于上錐體與膠筒的行程之和，所以活塞必須有一定的行程空間，以滿足上錐體與膠筒的下移距離。 活塞的下移長度 L=S+H 其中 S— 膠筒壓縮距； H— 上錐體下移距離。 (1)上錐體下移距離 H： 如圖 所示。 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(jì) （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。 綜上 ,L=S+H=60+=。 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。為了使彈簧能夠可靠的工作，彈簧材料必須具有高的彈性極限和疲勞極限，同時(shí)應(yīng)具有足夠的韌性和塑性，以及良好的可熱處理性。 表 彈簧常用材料及許用應(yīng)力（摘自 GB123976） 名稱 組別 許用切應(yīng)力 許 用 彎 曲應(yīng)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(qiáng)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(diǎn)是價(jià)格便宜，原材料來源方便；缺點(diǎn)是彈性極限低，多次重復(fù)變形后易失去彈性，且不能 高于 120℃的溫度下正常工作。 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 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)軸向長度 =30 2+40=100 100 螺旋角 α ????????????? 2 ??? ar c t gDpar c t g 取 4186。 剪釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 在該型封隔器的設(shè)計(jì)中，采用了兩種連接方式，一是螺紋聯(lián)接，另一種則是用剪釘聯(lián)接，用剪釘聯(lián)接可以使剪釘在超過其許用應(yīng)力的時(shí)候剪斷。 坐封剪釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)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?jì)算： 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(jì) （本科論文） 34 剪斷，故按 τ≥[τ]時(shí)計(jì)算，取臨界值 τ=[τ]。 由 ? ???? ??? 241 dnpssF 得 ? ???n psd 4? 式中： d— 剪釘直徑 p— 承受壓力 s— 作用面積 n— 剪釘個(gè)數(shù) [τ]— 許用剪應(yīng)力 坐封剪釘聯(lián)接的是油缸和活塞， 只有把坐封剪釘剪斷，活塞才能下行，進(jìn)而壓縮膠筒，此處均布 8個(gè)剪釘，液缸的啟動(dòng)壓力為 p=57MPa。 當(dāng) p=5MPa時(shí) ? ? ? ? 46226??? ?????? ? ???n psd mm 當(dāng) p=7MPa時(shí) ? ? ? ? 6226??? ?????? ? ???n psd mm 由上選擇 d=4mm. 根據(jù) d＝ 4mm，計(jì)算剪斷時(shí)的壓力為 p=5MPa。 連接 剪釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 1) 材料選擇：剪釘材料選用 35CrMo,它的許用應(yīng)力 [τ]= 2) 剪釘?shù)闹睆接?jì)算：當(dāng)坐封剪釘被剪斷后，活塞下移，推動(dòng)襯管等下移，此時(shí)，膠筒處的剪 釘還未剪斷，當(dāng)壓力達(dá)到一定值，卡瓦卡牢，此時(shí)，該剪釘剪斷，繼續(xù)加液壓，就開始壓縮膠筒，待壓力達(dá)到 1113MPa時(shí)，膠筒壓縮到最大值，坐封過程完畢，此處布置 8個(gè)。 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。 西安石油大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （本科論文） 35 由 d=6mm,計(jì)算 ? ?? ? 22622 ?????????????sndp MPa,在 11—13 MPa之間，滿足要求。 丟手剪釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 1) 材料選擇：剪釘材料 選用 20CrMo,它的許用應(yīng)力 [τ]=295Mpa。 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)。 當(dāng) p=17 MPa 時(shí) ? ? 102954 626 ??? ?????? ? ???n psdmm 當(dāng) p=19 MPa 時(shí) ? ? 102954 626 ??? ?????? ? ???n psdmm 取 d=5mm。 由 d=5mm,計(jì)算 ? ? 2622 ??? ?????? ? ???sndp MPa,在 17— 19 MPa 之間，滿足要求。 解封剪釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 1) 材料選擇：剪釘 材料選用 35CrMo,它的許用應(yīng)力 [τ]= MPa 2) 剪釘?shù)闹睆接?jì)算：上提中心管，剪斷解封銷釘，實(shí)現(xiàn)解封，解封力F=6080kN均布 8個(gè) . 當(dāng) F=60kN時(shí)， ? ? 106044 63 ??? ???? ???n Fdmm 當(dāng) F=80kN時(shí)， ? ? 108044 63 ??? ???? ???n Fdmm 取 d=5mm。 由 d=5mm,計(jì)算 ?F ? ? 622 ?????? ???nd kN,在 60—80kN之間，滿足要求。 封隔器坐封高度計(jì)算 為了加壓一定管柱 重量，以保證封隔器坐封時(shí)所需要的坐封載荷，封隔器就必須要有一定的坐封高度（油管柱距頂絲法蘭的高度），這個(gè)高度取決于封隔器的下入深度、坐封載荷和套管內(nèi)徑大小等因素。 西安石油大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （本科論文） 36 如圖 所示，封隔器在坐封情況下，管柱受力分為兩部分（當(dāng)坐封載荷小于管柱重量時(shí)）：一部分受拉（如圖中 L1），管柱處于自重伸長狀態(tài)；一部分受壓（如圖中 L2），管柱處于自重壓縮狀態(tài)。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)。所以坐封高度的近似計(jì)算公式： SLLLH ??????? 21 式中： H－封隔器坐封 高度， cm； ΔL―坐封前，封隔器以上油管柱長為 L 時(shí)的自重伸長， cm； ΔL1－中性點(diǎn)以上油管自重伸長長度， cm； ΔL2－ 中性點(diǎn)以下油管自重壓縮長度， cm； S－膠筒壓縮距， cm。 （ 1） 中性點(diǎn) 封隔器坐封時(shí)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(jì)算公式 P＝ L2F（ r－ r0）或 P＝ L2g，則中性點(diǎn)深度的近似計(jì)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。 （ 2）油管自重伸長或自重壓縮 根據(jù)材料力學(xué)得油管自重伸長長度或自重壓縮長度的計(jì)算公式： EFPll 2?? 或 E lrrl 2 )( 20??? 式中： Δl－油管自重伸長長度或自重壓縮長度，厘 米； l－油管未伸長或壓縮時(shí)的長度，厘米； E－鋼的彈性模數(shù)，為 106 公斤 /厘米 2。 （ 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(shí)的長度。因影響因素多，較難準(zhǔn)確計(jì)算，一般均用試驗(yàn)方法確定。 5in（指公稱直徑）膠筒為 60～ 70mm左右。 圖 封隔器坐封高度計(jì)算 西安石油大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) （本科論文） 37 由上述公式可計(jì)算封隔器的坐封高度，假設(shè)套管內(nèi)徑 ，坐封壓力13MPa， 坐封深度 1600m，其中坐封載 ? ? ? ? 62222 ????????? ?? pdDfpF kN 得 ??? FPkg 即得 ???? qPLmm 由于 L=1600m=160000cm 所以 L1=LL2===106928cm 因?yàn)? γ=106kg/cm3 可得 ? ? ? ? 6220 ??? ?????? E LL ?? cm ? ? ? ? 10 692 622101 ??? ??????ELL ?? cm ? ? ? ? 622202 ?????????ELL??cm 因?yàn)? S=6cm 所以 ! ???????????? SLLLH cm 密封的設(shè)計(jì) `液 體 從 液 缸高壓腔泄漏到低壓腔或泄漏到缸體外面去，將會造成工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定和定位不準(zhǔn)確，容積效率低，嚴(yán)重時(shí)使系統(tǒng)壓力上不去，甚至整個(gè)系統(tǒng)無法工作。外泄還會造成工作環(huán)境污染、浪費(fèi)油料等一系列弊病。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。 對密封裝置的一般要求是，密封性好，摩擦力要小且穩(wěn)定，壽命長，裝卸方便等。當(dāng)用于高壓 液 缸 時(shí)，對密封性的要求更高一些。當(dāng)用于低速運(yùn)動(dòng)的 液 缸時(shí)，則要求摩擦力更加穩(wěn)定，這樣運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行。 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?yàn)槁┯汀⒙┧?、漏氣會使機(jī)械工作不穩(wěn)定、效率下降、污染環(huán)境、影響產(chǎn)品質(zhì)量，有時(shí)還會造成設(shè)備和人身事故。為防止油、水、氣等流體介質(zhì)的漏油，在液壓和氣動(dòng)機(jī)械等設(shè)備中，經(jīng)常要使用各種密封元件。 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。此外，這種密封元件還存在安裝溝槽較復(fù)雜，需要