畢業(yè)設(shè)計(jì)-一種新型井下防噴器設(shè)計(jì)研究-在線瀏覽
2025-02-02 13:38本頁(yè)面
【正文】 用或準(zhǔn)備采用的井下防噴器的基本類型、工作原理和存在的問(wèn)題，根據(jù)目前已經(jīng)提出的各種切實(shí)可行的解決辦法和存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出比較新型的井下防噴器，提出井下防噴器可能的發(fā)展方向以及可能克服目前存在問(wèn)題 所可以采取的進(jìn)一步技術(shù)措施與設(shè)備。 井下防噴器設(shè)計(jì)研究 5 方案一：封閉鉆桿內(nèi) 這個(gè)方案優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，且國(guó)內(nèi)外均有較成熟的產(chǎn)品，缺點(diǎn)是發(fā)生井噴時(shí)，只能封住鉆桿內(nèi)環(huán)空，不能封住鉆桿外環(huán)空。 方案二：封閉鉆桿外環(huán)空 封住鉆桿外環(huán)空一般方案是用泥漿進(jìn)入膠筒（如圖一），使膠筒憋壓膨脹封閉外環(huán)空。缺點(diǎn)是沒(méi)有封閉鉆桿內(nèi)環(huán)空。 方案三：鉆桿內(nèi)外環(huán)空都封閉 此方案的優(yōu)點(diǎn)發(fā)生井噴時(shí)既能封住鉆桿內(nèi)環(huán)空也能封住鉆桿外環(huán) 空，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)有點(diǎn)復(fù)雜。 井下機(jī)械傳動(dòng) 封閉鉆桿內(nèi) 井下防噴器 井下防噴器 井下機(jī)械傳動(dòng) 封閉鉆桿 外環(huán)空 井下防噴器 井下機(jī)械傳動(dòng) 封閉鉆桿 內(nèi)、外環(huán)空 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 2 井下防噴器設(shè)計(jì) 1全自動(dòng)控制，不會(huì)因?yàn)殡娍叵到y(tǒng)、液控系統(tǒng)或氣控系統(tǒng)的故障而 錯(cuò)過(guò)最佳關(guān)井時(shí)間 ,造成惡性事故。 3 關(guān)閉靈敏度高，一旦井涌、井噴立即封堵井下通道關(guān)閉油氣層。 5 能在含硫化氫、二氧化碳較高的井中長(zhǎng)期工作，不會(huì)因腐蝕而失效。 7 可重復(fù)使用。井下防噴器主體通過(guò)上 接頭 19 和 下接頭 1 的標(biāo)準(zhǔn)鉆桿螺紋與鉆桿聯(lián)接。下接頭 1與外筒 9 通過(guò)非標(biāo)準(zhǔn)的干密封圓錐管螺紋聯(lián)接，與增壓活塞 6的 大端并形成鉆桿外液體進(jìn)入防噴器的工作空間。外筒 9上開(kāi)一小孔供鉆桿外液體進(jìn)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(jìn)入防噴器堵塞防噴器，提 高其工作可靠度。增壓活塞 6 大小端沿外筒 9不同直徑的內(nèi)孔運(yùn)動(dòng)。 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 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。 井下防噴器設(shè)計(jì)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(kāi)啟，鉆井液從井口依次通過(guò)鉆桿、井下防噴器主體、鉆具止回閥、鉆頭進(jìn)入鉆桿與井壁的環(huán)空。 井涌、井噴工況下 : 井下防噴器座封：地層高壓液體通過(guò)鉆頭進(jìn)入鉆桿內(nèi)向上流動(dòng)，使鉆頭附近的鉆具止回閥關(guān)閉，封堵鉆桿內(nèi)通道。它們之間在增壓活塞左右兩側(cè)形成的壓差達(dá)到預(yù)定值時(shí)，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(yùn)動(dòng)。 井下防噴器解封： 上提鉆柱。 膠筒 復(fù)原 ，使鉆桿與井壁環(huán)空流通而井下防噴器解封。 3 井下防噴器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)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(kāi)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(jí) 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(qiáng)度（ KN） 5 1/2” E 1944 鉆桿接頭： 5 1/2FH 鉆桿接頭力學(xué)性質(zhì)： 鋼級(jí) 重量 抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 E ≥ 965MPa ≥ 827MPa ≥ 13% E75 級(jí)鉆桿材料的參數(shù)： 屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)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(jì)研究 9 綜合考慮井下的高溫、高壓、腐蝕環(huán)境進(jìn)行選擇。 工作溫度： 120℃ 結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 ： 膠筒外徑： 膠筒總長(zhǎng)度： 474mm 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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 。 按抗內(nèi)壓壓力容器設(shè)計(jì) 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(jì)研究 11 內(nèi)筒受力狀態(tài)可類似看成如下?tīng)顟B(tài)： 受內(nèi)壓 45MPa，外壓 35MPa 故設(shè)計(jì)壓力 cp =10MPa ??? = ny? （ 31） = =(MPa) 計(jì)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(jì)算方法計(jì)算： 井噴后泵入壓井液時(shí)，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(kāi)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(shí)鉆桿外最高壓力達(dá)35MPa，防噴器內(nèi)形成最高壓力達(dá) 45MPa，中心管內(nèi)壓力 20MPa。 許用應(yīng)力 ??? = 按內(nèi)壓容器算中心管設(shè)計(jì) 壁 厚 ： 內(nèi)筒設(shè)計(jì)壁厚： 7mm 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 抗外壓壓力容器計(jì)算： 估設(shè)中心管長(zhǎng)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。 c、設(shè) mmt 12? 1298D ?to = 一種新型井下防噴器設(shè)計(jì)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。 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 ? ?eOtDBp ? =1657 =25MPa 不符合要求。 故取 mmt 15? 。 外筒設(shè)計(jì)計(jì)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） 222 4983D ??? d 按外壓容器算中心管設(shè)計(jì) 壁 厚 ：15mm 一種新型井下防噴器設(shè)計(jì)研究 15 理想正常工作狀況下，增壓活塞大端上腔壓力與外管受 外壓壓力相等，故此段外筒不受力；井噴時(shí)，此段管內(nèi)壓力為 20MPa，管外井噴壓力為 35MPa。 按抗外壓壓力容器設(shè)計(jì)： 設(shè) D=150mm,則由式 36 得 =， d= 活塞小端面積 S= 2 98( ) ( )22d??? = ()2 298()2? = 初設(shè)活塞行 程 L=250mm 取長(zhǎng)度裕度 50mm, L=250+50=300mm oLD = = oDt = = 由 [1]查圖 411 得 A= 由 [1]查圖 412 得 B=162 ? ?eOtDBp ? = =15MPa 不符合要求。 設(shè) D=146mm,則由式 36 得 t=， d=116mm oLD = = oDt = = 由 [1]查圖 411 得 A= 由 [1]查圖 412 得 B=163 ? ?eOtDBp ? = =15MPa 不符合要求。 外 筒 下 段 壁厚： 一種新型井下防噴器設(shè)計(jì)研究 17 故此段外筒壁厚 t=。 故此段段長(zhǎng)度 L=326mm （ 2）與增壓活塞小端配合的一段壁厚 由于活塞小端上腔受力狀況與內(nèi)筒
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