【正文】 裝置中的主要力學(xué)傳遞機(jī)構(gòu)，主要承受軸向載荷，即扶正力。 圓柱螺旋壓縮彈簧展開長度 的計(jì)算公式為 nlL ?? 代入表 中數(shù)據(jù)計(jì)算得 ?L mm。 最小工作負(fù)荷下的高度 的計(jì)算公式為 101 FHH ?? 代入表 中數(shù)據(jù)計(jì)算得 ?H mm。 最大工作負(fù)荷下的彈簧變形 的計(jì)算公式為 KPF nn ? 代入表 中數(shù)據(jù)計(jì)算得 ?nF mm。 彈簧實(shí)際節(jié)距 的計(jì)算公式為 ? ?ndHt ?? 代入表 中數(shù)據(jù)計(jì)算得 ?t ，與實(shí)際要求接近。? 代入表 中數(shù)據(jù) 計(jì)算得 ?K ，與 接近，符合設(shè)計(jì)要求。? 代入表 中數(shù)據(jù)計(jì)算得 ?n ， 取 n＝ 。 根據(jù)公式： ? ? LPPK n 1?? 計(jì)算彈簧的彈性系數(shù)為 ? ? ??K = 下表為根據(jù) Pn 查表得出的彈簧設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) [13]。 （ 1）工作安全可靠 （ 2）性能穩(wěn)定，噪音小，壽命長 （ 3）扶正性能要準(zhǔn)確、可靠，沒有沖擊，保證接箍探測的準(zhǔn)確性。 圖 扶正輪的結(jié)構(gòu) 大慶石油 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3章 扶正裝置的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方面的一些重要指標(biāo) 本章我們要對不壓井修井機(jī)的帶壓作業(yè)系統(tǒng)管柱扶正裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在成本上同樣焊接最低。 扶正器長期工作在扶正狀態(tài)。 圖 焊接結(jié)構(gòu) 大慶石油 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 扶正器方案的確定 綜合考慮以上方案，結(jié)合實(shí)際工作情況，確定用焊接結(jié)構(gòu)。 綜合考慮應(yīng)采用電戶焊接。 由于扶正輪的厚度為 15mm。 3)外觀變形小，外形美觀大方符合高擋車的要求 ，采用手工電弧焊則焊接變形較大，焊后不美觀 。如果蒙皮與骨架貼實(shí)焊點(diǎn)強(qiáng)度均能達(dá)到要求。 兩種焊接法通過對焊道檢驗(yàn)和性能測試表明 ， 熔合線處防腐性能較差 ， 適合于一般場合的防腐施工 。比如， 熱浸鍍鋁鋼管的普通焊接工藝 。經(jīng)試驗(yàn)， 選擇代號為 E5015fr507， 規(guī)格為 04mm~05mm 的 焊條 [11]。但考慮到本身浸在油液中，不用考慮潤滑問題。該方案結(jié)構(gòu)最簡單，成本最低，需要兩個(gè)扶正輪和一個(gè)銷軸。而銷聯(lián)接 只要在定位上控制得當(dāng)?shù)脑?，銷聯(lián)接的價(jià)格優(yōu)勢和安裝優(yōu)勢將顯示出來。長時(shí)間工作容易損壞。開口銷常與帶槽螺母配用，是螺紋防鬆的一種措施。槽銷開有縱槽，藉材料彈性擠緊在未經(jīng)鉸光的銷孔中，可多次裝拆，多用於傳遞載荷。 圓柱銷利用微量過盈固定在鉸光的銷孔中，如多次裝拆則有損聯(lián)接緊固和精確定位。 銷已標(biāo)準(zhǔn)化 ， 類型很多 。 考慮軸承的實(shí)際上還要有密封上的準(zhǔn)備，由于個(gè)扶正機(jī)構(gòu)是在油中的，機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)必須考慮安裝密封蓋。 因?yàn)榇舜蔚脑O(shè)計(jì)中存在空間限制，安裝滾動軸承很難。 滾動軸承在本次設(shè)計(jì)中使用的可能性不大，由于滑動軸承本身具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使得他在不能和不便或使用滾動軸承沒有優(yōu)勢的場合。 雙列向心推力球軸承是將 2個(gè)單列向心推力球軸承的外圈背面相吻合，內(nèi)圈、外圈均各為一體的結(jié)構(gòu)。 因此在滾動軸承選擇向心推力球軸承 [9]。但對于單獨(dú)的一個(gè)扶正輪和銷軸連結(jié)來說，如果采用軸承連接，那么軸承就必須能夠承受單向或雙向的軸向載荷。由前所述，扶正輪與油桿柱（工件）之間是切向力接觸所以就要求軸承既要承受軸向載荷，也要能夠承受徑向載荷。同樣密封也是必須考慮的問題。方案優(yōu)點(diǎn)在于扶正輪的徑向轉(zhuǎn)動比較穩(wěn)定，當(dāng)接箍等直徑比管柱大的元件通過時(shí)不必產(chǎn)生 較大的摩擦力。在設(shè)計(jì)中主要考慮了三種連接方案，多一種考慮就多一分把握。 扶正器的結(jié)構(gòu)方案 扶正器是整個(gè)扶正機(jī)構(gòu)最直接，最重要的部分。第大慶石油 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 三 就是成本上的對比，顯然采用彈簧設(shè)計(jì)要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。因?yàn)椴粔壕蘧^程中有許多設(shè)備是共同工作的，空間要求緊湊。 實(shí)例計(jì)算表明 , P n F ,即來自柱塞與凡爾的壓力遠(yuǎn)大于抽油桿柱發(fā)生彎曲失穩(wěn)的臨界載荷 ,所以下沖程時(shí)抽油桿中性點(diǎn)以下始終是嚴(yán)重彎曲的 ,變形長度在中性點(diǎn)以下 L 長 .中性點(diǎn)以上特別是井口處 ,即使是下放過程失穩(wěn)現(xiàn)象也不可能發(fā)生 .經(jīng)驗(yàn)證實(shí)井口的 扶正力在 314公斤 , 液壓 扶正機(jī)構(gòu) 和彈簧 扶正機(jī)構(gòu)都能夠勝任扶正工作 ,考慮 現(xiàn)場工作客觀因素，尤其是安裝空間。ρ 桿為抽油桿的密度 ,kg/ m3 。 F液為管內(nèi)液柱作用在柱塞上的壓力 , Pa 。 f 為游動凡爾座孔面積 ,m2 。 u 為流量系數(shù) ,取 018 。 n 為沖次 ,l/ min。 nk 為游動凡爾個(gè)數(shù) ,取 1 。則抽油桿失穩(wěn)來自于 F柱塞 和 F凡爾 : ??柱塞 ? ?? ? ? ?22223k f7 2 9 unSAf1A1 1 5 nF ???凡爾 凡爾柱塞 FFF ?? 式中 , D 為柱塞斷面直徑 ,mm。 由于上沖程時(shí)抽油桿受自重和液柱對活塞的壓力影響 , 始終保持受拉狀態(tài) , 失穩(wěn)性不嚴(yán)重。動力失穩(wěn)來源于桿體軸向和橫向應(yīng)力載荷變化 , 周期和載荷變化量越大 , 動力失穩(wěn)越嚴(yán)重 。 受扶正 以下是對扶正力，即抽油桿受力分析，由此得出的結(jié)論證明彈簧機(jī)構(gòu)也可以完 成扶正工作，達(dá)到穩(wěn)定油桿水平位置的作用 對抽油桿的失穩(wěn)做定量分析。第三就是成本上的對比，顯然采用彈簧設(shè)計(jì)要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。因?yàn)椴粔壕蘧^程中有許多設(shè)備是共同工作的，空間要求緊湊。第二個(gè)問題是現(xiàn)場工作客觀因素，尤其是安裝空間。 設(shè)計(jì)方案的比較和最終確定 對于扶正裝置，首先要解決的問題就是扶正力的大小。在工作之前可依照不同井況，工作前由尾部的螺紋機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)彈簧的最小工作壓力。具體的調(diào)節(jié)方式為在彈簧殼體尾部安裝一個(gè)水平位置相對穩(wěn)定且可以用螺紋進(jìn)行調(diào)節(jié)的活塞，彈簧的一段安裝在扶正活塞上，另一端安裝在尾部活塞上。對 于扶正力的調(diào)節(jié)，彈簧的設(shè)計(jì)方案中應(yīng)采取螺紋來進(jìn)行。 采用圓柱螺旋壓縮彈簧 圓柱螺旋壓縮彈簧相會來說是一種更為簡單有效的工作機(jī)構(gòu)。有液壓缸作為工作機(jī)構(gòu)扶正油管。但考慮到扶正裝置是在修井過程中的地面以上工作，液壓控制是可以實(shí)現(xiàn)的。 采用液壓系統(tǒng)控制 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可承受較大的作用力，工作穩(wěn)定，且易于控制。圓柱壓縮彈簧工作原理 在于通過彈簧壓縮。 不同點(diǎn)在于受力機(jī)構(gòu)不同。工作中由活塞將扶正力傳遞給受力機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生反作用力。能夠達(dá)到扶正目的結(jié)構(gòu)和作用力的方式很多 ,這里選擇采用液壓 扶正機(jī)構(gòu) 和彈簧 扶正機(jī)構(gòu)為考慮對象 ,所以 主要的設(shè)計(jì)方向有兩種：即液壓 扶正機(jī)構(gòu) 和彈簧 扶正機(jī)構(gòu)。由于 扶正 過程是被動的，所以設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于裝置工作的穩(wěn)定性和持續(xù)性。 第 2章 扶正裝置的方案確定 前一章主要介紹了帶壓作業(yè)的相關(guān)內(nèi)容和扶正裝置設(shè)計(jì)的基本思路，本章將圖 帶壓作業(yè)扶正裝置位置圖 卸荷閥 平衡閥 下閘板防噴器 接箍探測器 1 扶正器 上閘板防噴器 接箍探測器 2 圖 扶正裝置扶正頭工作原理圖 大慶石油 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 具體說明扶正裝置的設(shè)計(jì)方案如何確定。彈簧腔內(nèi)與管柱內(nèi)通過間隙保證液壓力一致?；钊蟮膹椈墒芰榉稣b置的主要扶正力來源。滾輪安裝在活塞上。這樣會有四個(gè)接觸點(diǎn)，使整個(gè)扶正體系達(dá)到平衡。由于該裝置是為了保證管柱的水平位置的穩(wěn)定性，所以對管注的扶正作用應(yīng)該是一個(gè)穩(wěn)定的平面體系，也就是說至少應(yīng)該有 3 個(gè)以上的接觸受力點(diǎn)。進(jìn)而確定裝置的各部件零件尺寸和裝配尺寸。 圖 顯示了 扶正裝置在帶壓作業(yè)設(shè)備中的位置 [5]。因此，有必要 在接箍探測器空間位置附近安裝抽油管扶正裝置，以保證接箍探測器工作的安全性，準(zhǔn)確性，可靠性。 帶壓作業(yè)管柱扶正裝置 在帶壓作業(yè)過程中，從實(shí)際考察工作經(jīng)驗(yàn)得知，在不壓井修井工作的油管起升過程中，并不能保證油管與接箍的水平位置不發(fā)生變化，會導(dǎo)致接箍探測器的準(zhǔn)確性降低。而水井作業(yè)時(shí)，水井停注放壓時(shí)間長，有時(shí)甚至放兩三個(gè)月或半年，為了保持地層壓力場平衡，周邊水井也需停注，造成油井減產(chǎn)或停產(chǎn)，對生產(chǎn)影響較大，經(jīng)濟(jì)效益低下。 （ 6）降低勘探開發(fā)成本，提高了油氣田的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益由于作業(yè)時(shí)不需要進(jìn)行壓井，一是節(jié)約了成本費(fèi)用，二是縮短了作業(yè)周期。還有由于應(yīng)用不壓井作業(yè)技術(shù)，避免了高壓油井中壓井泥漿的頻繁更換、循環(huán)和配套設(shè)施的使用，避免了對地面環(huán)境的污染，以及可以解決注水井長時(shí)間放溢流的難題。 （ 4） 解決了常規(guī)壓井作業(yè)的一些疑難問題。 （ 3）最大限度的降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。壓井液進(jìn)入地層，造成了地層的污染，為后續(xù)資料錄取、完井作業(yè)、試油等環(huán)節(jié)帶來了負(fù)面的影響，從而影響到油藏描述的結(jié)果，直至影響到采收率。不壓井技術(shù)的應(yīng)用，可以在帶壓情況下進(jìn)行管柱起下，完成各種評價(jià)測試和改變工作制度等的作業(yè)工序。 使用不壓井機(jī)的意義 （ 1）該技術(shù)的使用為油氣田勘探開發(fā)提供了一種新思路，使用傳統(tǒng)壓井方式，是為了平衡地層壓力，防止井噴現(xiàn)象的發(fā)生。它的最大優(yōu)點(diǎn)還在于它可以保護(hù)和維持地層的原始產(chǎn)能，減少酸化，壓裂等增產(chǎn)措施的次數(shù)，為油氣田 的長期開發(fā)和穩(wěn)定生產(chǎn)提供良好的基礎(chǔ)。 下面我們說一下它的優(yōu)點(diǎn)。這樣做，一是損失了大量的地層能量，延長了修井時(shí)間；另外這種突然放噴的做法，對油層套管及地層都會帶來嚴(yán)重后果，導(dǎo)致注水井早期損壞 [2]。為了防止井噴，泥