井下防噴器設(shè)計研究【畢業(yè)論文絕對】

1、1緒論11.1國內(nèi)外現(xiàn)狀11.2井下防噴器研究的意義413設(shè)計方案41.4方案選擇52井下防噴器設(shè)計62.1設(shè)計要求62. 2具體結(jié)構(gòu)62. 3井下防噴器工作原理73井下防噴器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算83.1設(shè)計參數(shù)83. 2材料選擇93. 3確定膠筒型號93.4內(nèi)筒設(shè)計103. 5中心管設(shè)計計算113. 6外筒設(shè)計計算143. 8剪切銷釘設(shè)計173.8.1增壓活塞剪切銷釘設(shè)計173.8.2膠筒座剪切銷釘設(shè)計183. 9結(jié)構(gòu)校核183.9. 1內(nèi)筒校核183.9.2外筒校核193.9.3增壓活塞校核213.9.4中心管校核213. 10螺釘選取254壓力試驗265安裝維護265.1安裝275. 2維護27

2、參考文獻271緒論1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀在石油天然氣勘探開發(fā)屮，地層流體（油、氣、水）一旦失去控制，就會導(dǎo)致井噴 失控，造成鉆井設(shè)備損壞，危及鉆井人員安全、破壞油氣資源、污染自然環(huán)境、導(dǎo)致 油氣井報廢等嚴重后果。當(dāng)一種包含高壓流休的地下構(gòu)造被刺穿時，流體的局部壓力 可能會完全超過位于它上面的泥漿的液壓頭或水壓頭。這樣就會發(fā)生井涌并且最終導(dǎo) 致來自丁井環(huán)的鉆井泥漿的井噴。防噴器作為及時發(fā)現(xiàn)和控制溢流，防止井噴，避免 油氣資源浪費，保護設(shè)備及人身安全的井控裝置中的關(guān)鍵部件，對鉆井、修井、試油 等整個鉆井工程作業(yè)過程屮控制井口壓力，防止井噴事故，起著非常重要的作用。因 此，國內(nèi)外右油界對其給以高度重視。美

3、國內(nèi)政部地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)聯(lián)邦法律的授權(quán), 制定了鉆井承包商必須安裝使用防噴器等井控裝備一系列有關(guān)井控的法規(guī)，我國也很 重視井控設(shè)備的研制與使用?，F(xiàn)代鉆井工藝對井控設(shè)備的要求已從單一的靜態(tài)指標轉(zhuǎn) 為使用過程的動態(tài)性能，即耍求使用安全可靠、開關(guān)迅速靈活、多功能、耐高壓、結(jié) 構(gòu)輕便、環(huán)境適應(yīng)性強。防噴器系統(tǒng)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：第一階段為手動閘板防噴器；第二階段為液壓 閘板防噴器和環(huán)形防噴器；第三階段仍為液壓防噴器，以高壓、大通徑、可變徑和不 斷完善的結(jié)構(gòu)為主要特征?，F(xiàn)在國外正在開發(fā)完善第四代產(chǎn)品即井下防噴器。手動防 噴器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、耐壓低。液壓防噴器操作簡單、較為安全可靠，是正在完善 與捉高的一

4、類井口防噴裝置。但是目前仍然存在安全性較差的問題，特別是必須借助 于操作人員的責(zé)任心來保證鉆井工作的安全，在保證安全生產(chǎn)上具有較大的不確定 性。目前國內(nèi)外井控防噴器的類型：（1）閘板防噴器 主要由殼體、閘板、油缸總成、餃鏈部分、二次密封裝置、手 控總成等組成。（2）環(huán)形防噴器類型有錐形膠芯環(huán)形防噴器、球形膠芯環(huán)形防噴器、組合膠芯 環(huán)形防噴器（3）旋轉(zhuǎn)防噴器它是欠平衡鉆井專用井控設(shè)備（乂稱旋轉(zhuǎn)放噴頭，或旋轉(zhuǎn)控制 頭），由底座、液壓卡框、大直徑高壓密封組件、現(xiàn)場測試裝置、高壓動密封旋轉(zhuǎn)軸 承總成等組成。（4）鉆具內(nèi)防噴器裝置包括放鉆桿上，下旋塞、放鉆桿防護閥、鉆具回壓閥。欠平衡鉆井技術(shù)是今后發(fā)展的

5、趨勢，意味著旋轉(zhuǎn)控制頭（rcii）的大力發(fā)展。國 外防噴器經(jīng)過八十幾年的發(fā)展，目前已經(jīng)發(fā)展成規(guī)格齊全、功能較完善的系列產(chǎn)品。 目前，世界上生產(chǎn)井控設(shè)備的國家主要有：美國、原蘇聯(lián)、羅馬尼亞等.主要廠家有: 美國的歐福爾（siiaffer）公司、海德里（iiydril）公司.卡麥隆（cameron）公司、庫麥 （koomey）公司、麥克沃衣（mcevoy）公司、羅馬尼亞的魯耶什蒂“五一”廠等.美國研 制生產(chǎn)防噴器的時間最長，產(chǎn)品種類數(shù)量最多，技術(shù)上也處于領(lǐng)先地位，代表了當(dāng)今 世界的先進水平。美國有cameron, shaffer和ilydr訂三家公司生產(chǎn)防噴器。我國防噴器的研制開始于1974年，經(jīng)

6、過30多年的發(fā)展，開始初步建立了 0己的 防噴器制造業(yè)。我國的防噴器在采用先進標準、光彈性應(yīng)力分析、三維有限元計算、 優(yōu)化設(shè)計、新產(chǎn)品樣機殼體進行應(yīng)力應(yīng)變電測及產(chǎn)品的互換性、可靠性等方面均有較 大的發(fā)展和進步.與國外產(chǎn)品在技術(shù)性能上的差距正日益縮小，在向國際先進制造技 術(shù)靠攏，正在逐步形成標準系列化產(chǎn)品、規(guī)模化生產(chǎn)，基木滿足適應(yīng)了國內(nèi)井控市場 的需求。液壓防噴器由“六五”期間的7種規(guī)格，15個品種，發(fā)展到現(xiàn)在的10種規(guī) 格，23 個品種。已研制成功了 180, 230, 280, 350, 540m 5 種通徑，21, 35, 70wd 3種壓力等級的系列產(chǎn)品。已能滿足我國陸地上深井、超深井、

7、復(fù)雜井井控技術(shù)的配 套需要?，F(xiàn)階段我國新研制酌防噴器系列產(chǎn)品有：（1）f j 5-35防噴器組有單、雙閘板防噴器和環(huán)形防噴器3個品種。該產(chǎn)品屬 改造型，比同類老產(chǎn)品（門5-350）具有更優(yōu)越的性能。（2）陽414單間板防噴器已研制成功并填補j國內(nèi)大通徑防噴器產(chǎn)品的空口。 在深井上部井段，卜入4508m的套管并固井后即可安裝這種防噴器及其與z配套的四 通、底法羊等。（3）pj2870單雙閘板防噴器在設(shè)計“階段經(jīng)過三維有限元計算及光彈性應(yīng) 力分拆,使其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布更趨合理。特別是與z配套的70mpa膠芯性能指標 巳達到ap116a要求，保障了該產(chǎn)品在高壓下的密封可靠性。（4）陽570間板防噴

8、器的主要承壓件，國內(nèi)有銀件（成都石油總機廠）、鑄件（上 海第一石油機械廠、華北石袖管理局第二石油機械廠）兩種形式，標志著我國已具備 生產(chǎn)大通徑、高壓力防噴器的能力。同時裝于fz35-35防噴器上的可變通徑間板已經(jīng) 投入實際使用.一副膠芯可封閉管柱的直徑變化范圍在2in以內(nèi)，減少了現(xiàn)場更換膠 芯次數(shù)。目前國產(chǎn)防噴器在種類、性能、技術(shù)含量等方面與國外產(chǎn)品主耍存在以卜四 個方面的差距：（1）大口徑高壓防噴器研制生產(chǎn)起步較晚，主要承壓件殼體等精煉鋼毛坯鑄鍛 造工藝還不夠完善，在一定程度上影響了防噴器的安全穩(wěn)定性。（2）膠芯易損壞，重復(fù)使用次數(shù)較低。（3）常用的閘板防噴器目前多為手動鎖緊結(jié)構(gòu)，機械化程度

9、較低，不利于操作, 工作效率較低。（4）閘板防噴器的剪切閘板可以在緊急情況下剪斷1）127mm的鉆桿，應(yīng)用比較 廣泛，但是在抗硫化氫方面效果不夠理想。（5）帶壓作業(yè)防噴器的生產(chǎn)技術(shù)水平不高。在防噴器的橡膠方面，如閘板防噴器的密封半環(huán)、環(huán)形防噴器的膠芯，在使用性 能和壽命方面與國外同類產(chǎn)品有較大差距。美國的膠芯可以便用上千次.國內(nèi)的遠遠 達不到.美國有天然橡膠膠心，丁晴膠膠芯，氯丁膠膠芯不同的膠芯材料用于不同工 作介質(zhì)和環(huán)境溫度，我國只有丁晴橡膠硫化的膠芯。冃前，有關(guān)部門止組織科研院所 和生產(chǎn)廠家，從橡膠配方和硫化工藝等方面進行攻關(guān)。隨著現(xiàn)代石油鉆采技術(shù)的發(fā)展，如深井、超深井、高壓油氣井及廣泛采

10、用的平衡 鉆井工藝的發(fā)展，特別是在為發(fā)現(xiàn)、解放、保護油氣層而口益受到重視的欠平衡（負 壓）鉆井中，井卜壓力高而復(fù)朵，僅靠地面井控設(shè)備控制流體流動和井內(nèi)壓力會增大 地下井噴的可能性，對井控設(shè)備的性能提出了更高的要求。由于目前各種型式及規(guī)格的防噴器已有能力在井口控制住井涌及井噴，井卜鉆 柱內(nèi)防噴問題也基木解決，但井下鉆柱外的防噴問題國內(nèi)外卻沒能得到有效解決。井 下防噴器可能在控制鉆柱內(nèi)井涌和井噴的同時，控制井下鉆柱外的井涌和井噴。但目 前世界上還沒有產(chǎn)品，還處于研究探索階段。有關(guān)的研究大多與井卜安全閥或封隔器 相聯(lián)系。一般井下防噴器是在鉆柱內(nèi)，在鉆井套管與鉆桿的環(huán)形空間里安裝一個井卜. 防噴器，該

11、井下防噴器通過一個可以伸縮的密封裝置來控制井內(nèi)壓力，在壓力變化時 密封裝置可以做出相應(yīng)的改變，從而通過控制流量來控制地層壓力。使地層壓力和井 內(nèi)壓力達到不發(fā)生井噴而又有利丁鉆井順利進行的位置。對于膨脹節(jié)的控制可以從地 面通過傳感器來控制，也可以采用其他可行的方法。wiliams公司研制了一種井下防 噴器，隨技術(shù)套管一起卜入，同時卜入一寄生管，通過寄生管，在地面控制井卜防噴 器，在起卜鉆過程中保持井底為負壓，使起卜鉆變得和常規(guī)過平衡鉆井一樣容易。目 前有幾種改進的井下防噴器：聲波驅(qū)動井卜防噴器、控制線防噴器、閥型井卜防噴器、 鉆柱內(nèi)井下防噴器。井下防噴器與通常的防噴器相比其優(yōu)缺點是:（1）能有效

12、快速的控制鉆柱內(nèi)的防噴問題（2）能很好的控制井下井噴，因為通常的防噴器只能控制井上井噴（3）可以減少防噴的步驟，縮短有效控制井噴的時間，簡化防噴器的結(jié)構(gòu)和材 料。（4）缺點是研發(fā)難度大，技術(shù)要求高，容易損壞，維修成木高。1. 2井下防噴器研究的意義防噴器作為鉆井井控裝置中的核心設(shè)備，國內(nèi)外對其質(zhì)量性能極為重視，各國制 造商都投入大量人力物力進行研制開發(fā)。目前各種各樣的井口防噴器己經(jīng)能有效地控 制井口井涌井噴事件，但是關(guān)閉井口防噴器防止流體流動或控制壓力就可能會增加井 下井噴的可能性，井下井噴對于油氣地層、鉆井設(shè)備、人員安全仍然有很大的威脅, 且地面井控總會存在由操作失誤和設(shè)備故障所引起的地面井

13、噴失控的問題，所以通過 對井下防噴器的設(shè)計研究就可能解決這些通常的防噴器不能解決的問題，也可能在深 井鉆探過程中有效地控制井噴，保證在規(guī)定的時間內(nèi)圓滿的完成工作要求，提高生產(chǎn) 地安全性，降低成本，為各方面帶來更好的經(jīng)濟效益打下基礎(chǔ)。故井下防噴器的研究 具有重要的實際意義。1. 3設(shè)計方案圖四：井下防噴器的總體框圖，通過對國內(nèi)外井下防噴器的研究現(xiàn)狀進行分析與研究，了解了國內(nèi)外當(dāng)前己經(jīng)采 用或準備采用的井下防噴器的基本類型、工作原理和存在的問題，根據(jù)目前己經(jīng)提出 的各種切實可行的解決辦法和存在的問題，設(shè)計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題所可以采取的進一

14、步技術(shù)措施與 設(shè)備。根據(jù)井下防噴器的總體 框圖，（如圖四），初步擬定了 三個方案。方案一：封閉鉆桿內(nèi)這個方案優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，且國內(nèi)外均有較成熟的產(chǎn)品，缺點是發(fā)生井噴時, 只能封住鉆桿內(nèi)環(huán)空，不能封住鉆桿外環(huán)空。所以此方案不行。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入膠筒（如圖一），使膠筒憋壓膨脹封閉外 環(huán)空。此方案的優(yōu)點設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，能及時控制鉆桿外環(huán)空的節(jié)省時間，能及時控制 井噴外環(huán)空的發(fā)生。缺點是沒有封閉鉆桿內(nèi)環(huán)空。這個方案放棄。方案三：鉆桿內(nèi)外環(huán)空都封閉此方案的優(yōu)點發(fā)生井噴時既能封住鉆桿內(nèi)環(huán)空也能封住鉆桿外環(huán)空，缺點是結(jié)構(gòu) 有點復(fù)朵。14方案選擇綜上所述，相比較而言，選

15、擇方案三。2井下防噴器設(shè)計2. 1設(shè)計要求1全自動控制，不會因為電控系統(tǒng)、液控系統(tǒng)或氣控系統(tǒng)的故障而錯過最佳關(guān)井時間，造成惡性事故。2隨鉆桿下入。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。4能在120°c和35mpa的地質(zhì)條件下可靠工作。5能在含硫化氫、二氧化碳較高的井屮長期工作，不會因腐蝕而失效。6結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、獨立于其它井控設(shè)備。7可重復(fù)使用。2. 2具體結(jié)構(gòu)井下防噴器的鉆具止回閥安裝丁鉆鋌底、靠近鉆頭處，井涌、井噴時可在最短時 間里關(guān)閉鉆桿內(nèi)通道。井下防噴器主體通過上接頭19和下接頭1的標準鉆桿螺紋與 鉆桿聯(lián)接。屮心管10通過干密封圓錐管螺紋與上接頭19和

16、下接頭1聯(lián)接。下接頭1 與外筒9通過非標準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 體進入防噴器的工作空間。增壓活塞6用剪切銷釘5固定在外管內(nèi)，防止平時的誤操 作，只有在井噴吋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

17、的隔縫中，內(nèi)筒12大端緊靠膠筒14o 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通過兩個銷釗t8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。圖一井下防噴器結(jié)構(gòu)圖2. 3井下防噴器工作原理止常工況下：鉆具止回閥開啟，鉆井液從井】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。井卜防噴器膠筒不壓縮，保持鉆桿與井壁環(huán)空通暢，不 影響鉆井的止常工作。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。

18、同時，鉆桿與井壁環(huán)空中的地層高壓流體通過井卜 防噴器外筒上的小孔進入井卜防噴器內(nèi)增壓活塞大端下腔作用于增壓活塞大端的f 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 塞大端上腔作用丁增壓活塞大端的上側(cè)。它們z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z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；

19、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，剪斷連接在膠筒朋和中心管上的剪 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卜靜止不動, 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，中心管和卜接頭及外筒向上運動時，擠出增壓活塞大端卜接頭z間的鉆井液，使z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3. 1設(shè)計參數(shù)鉆井井深：2000米最高工作環(huán)境溫度:120 °c最大工作壓力：35mpa開啟壓

20、力：5mpa正常工作壓力：20mpa增壓裝置增壓倍數(shù)：3井眼直徑：d)215.9mm(8 1/r)鉆桿直徑:139.7mm(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”29.51e139.79. 17121.365& 259.41944鉆桿接頭:5 1/2fh鉆桿接頭力學(xué)性質(zhì):鋼級重量抗拉強度屈服強度伸長率e32. 62kg/mm965mpam827mpa313%e75級鉆桿材料的參數(shù):屈服強度抗拉強度minmaxmi n517mpa724mpa689mpa

21、鎳銘鋼彈性模量:206gpa傑珞鋼切變模量：79. 38gpa鎳洛鋼泊松比模量:0. 25-0. 33. 2材料選擇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：丁月青橡膠膠筒：xbr j'm橡膠3. 3確定膠筒型號膠筒外徑：177.8mm膠筒總長度:474mm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)冇膠筒型號下

22、進行改動，主要參數(shù)如下：外徑：177. 8mm內(nèi)徑：98mm總長：474mm工作壓力:250kg/m 2工作溫度:120°c結(jié)構(gòu)見圖3. 1：r.lr.l圖3.1膠筒材料采用井下防腐蝕性能較好的xbr 丁月青橡膠。橡膠內(nèi)加 金屬支承進行強度加強。34內(nèi)筒設(shè)計按抗內(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35-20=15mpa且增壓倍數(shù)3倍故防噴器內(nèi)產(chǎn)牛最大壓力為15x3二45mpa內(nèi)筒受力狀態(tài)可類似看成如卜-狀態(tài)：受內(nèi)壓45mpa,外壓35mpa許用應(yīng)力b=344.67mpa故設(shè)計壓力/<=10mpa“=空(3-1)n517tf=3

23、44.67(mpa)計算厚度：f 二 pq2刃-代(3-2)10x(116-2/)= 2x344.76-10=1. 659 (mm)ld =z + c2二 1.659 + 2內(nèi)筒設(shè)計壁厚:7 mm=3.659(m/?7)tn =f + q+c2+ 圓整值=7 (mm)3. 5中心管設(shè)計計算按封隔器中心管壁厚計算方法計算：井噴后泉入壓井液時，屮心管承受最大的內(nèi)壓pt =35mpa(3-1)按內(nèi)壓容器 算中心管設(shè) 計壁厚： 4.978mm35x98"2x344.67=4.978 (mm)理想正常工作狀態(tài)下，由于屮心管上開小孔，屮心管內(nèi)外流 體連通，受壓相同，屮心管不受力；井噴吋鉆桿外最高

24、壓力達 35mpa,防噴器內(nèi)形成最高壓力達45mpaj|«心管內(nèi)壓力20mpao 故理想狀態(tài)下屮心管不受內(nèi)壓?？雇鈮簤毫θ萜饔嬎悖?385= 14.132估設(shè)中心管長度l=1385mm a設(shè) t= 1 omm,d。t罟9.898由1査圖 4-11 得a = 1.2xw,由1查圖4-12得b = 162b(3-4)162=9j=16.530 < pc = 25不符合要求。b、重設(shè) t = 1 mm亠= 8.909138598= 14.132由查圖 441 wa = l5xlo'1由1查圖412得b=163,b1638.909= 18.296mpa</?<=25

25、mpa 不符合要求。c設(shè)f = 12加加2_98t 12=8.166l _ 1385瓦=話= 14.132由1查圖 411 得a = 1.7xl()t由1查圖412得b=164164&166=20.083mpa<pc=25mpa 不符合要求。d> 設(shè) t=13mm厶_ 1385礦頂"= 14.132t 13=7.538由1查圖 411 得 a=2.1x10_, 由1查圖 4-12 w b=1671677.538=2254mpa<25mpa 不符合要求。e> 設(shè) t=14mm厶_ _1385d =頁= 14.1322= 98t 14=7由1查圖 4-11

26、 得 a=2.2x w1由1查圖412得b=1651657=23.57 lmpa<25mpa 不符合耍求。f、設(shè) f = 15 mmd_98t 15=6.5333l _ 1385= 14.132由1查圖4-11得a = 27xl0"由1查圖412得b二167,1676.533按外壓容器 算中心管設(shè) 計壁厚：15mm=25.56mpa>pc=25mpa符合耍求。故取 t = 15mm o當(dāng)屮心管長度l確定后再校核計算。3. 6外筒設(shè)計計算外徑與鉆桿接頭外徑相等d=177.8mm(1)與大端活塞相配合的一段壁厚曲于增壓活塞產(chǎn)生3倍壓力，所以得下式p =3p(4ji 4丿d2

27、= 3d2 -8x492(3-6)理想止常工作狀況下，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，此段管內(nèi)壓力為20mpa, 管外井噴壓力為35mpao 故設(shè)計壓力差p=15mpao 按抗外壓壓力容器設(shè)計：設(shè)d= 150mm,則由式3-6得= 13.9mm, d=l 17.9mm活塞小端面積s=兀上）2_兀（¥）=3.14x (11竺)2.3.14x 龍(9%)2=3391.2mm2初設(shè)活塞行程l=250mm取長度裕度50mm,l=250+50=300mm300d 177.8= 1.687d_ 177.8t 13.9= 12.791由1查圖 4-11 w a

28、=0.21 由查圖4-12 w b=162 陀_ 162一 12.791= 12.665mpa<15mpa 不符合要求。設(shè)d= 148mm,則由式36得t= 14.9mm, d=117mml_ 300d 177.8= 1.687d_ 177.8t 14.9= 11.933由1査圖 4-11 得 a=0.23由1查圖412得b=162_ 162_ 11.933= 13.576mpa<15mpa 不符合耍求。設(shè)d= 146mm,則由式36得 t= 15.9mm, d=ll6mm300d 177.8= 1.687d_ 177.815.9= 11.182由1查圖411得a=0.24 由1查

29、圖412得b=163b_163_ 11.183= 14.577mpa<15mpa 不符合要求。設(shè)d= 145mm,則由式3-6得t= 16.4mm, d=l 15.8mm300瓦_ 177.8= 1.687d_ 177.8t 16.4= 10.841由1查圖 411 得 a=0.25 x 10_1由1查圖412得b=166_ 166_ 10.841外筒下段壁 厚：16.4mm= 15.312mpa>15mpa 符合要求。故此段外筒壁厚t=l6.4mmo考慮大端活塞上安裝剪切銷釘和密封圈，并處于下接頭和外管的聯(lián)接處，增壓活塞大端厚度取t=55mmo故此段段長度l=326mm（2）與增

30、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)筒上腔受力狀況一致，故壁厚 大于由與內(nèi)筒配合計算出的外筒最小壁厚t' =3. 524mmo活塞下 腔受力狀況與活塞大端上腔受力狀況一致，且由于增壓活塞的結(jié) 構(gòu)特點，增壓活塞小端直徑始終小于增壓活塞大端直徑，此段壁 厚始終大于16. 4mm.所以此段壁厚t二31mm滿足強度要求。此段長度計算：考慮增壓活塞上安密封圈，取活塞小端厚度為20mm,活塞行程 300mm,則此段長度為：l二300+20+20 （余度）=340mm3. 8剪切銷釘設(shè)計3. & 1增壓活塞剪切銷釘設(shè)計剪切銷釘達防噴器的開啟壓力5mpa時剪斷。 剪斷力f=5m

31、pax活塞大端面積口 （t r yl45 2z98 2 n2 2145 r98 r=5x34x （）2 - 34x （）2 22=44.827kn銷釘?shù)募羟袘?yīng)力為7二（0.6-0.7） %(3-7)外筒下段長 度：326mm厚:31mm外筒中段壁外筒中段長 度：340mm巧為銷釘材料的抗拉強度。故 r =0.7 ah=0.7x610mpa=427mpa設(shè)銷釘個數(shù)為2,貝山f=2r 7i r1增壓活塞剪 切銷釘長 度：l=8mm膠筒座銷釘 直徑：12mm 膠筒座銷釘 長度：50mm44.827kn=2x427mpax3. 14x 廠？解得:r=4.089mm取銷釘直徑d=8mm銷釘長度 l=16

32、.4+8=24.4mm3. & 2膠筒座剪切銷釘設(shè)計銷釘受力達90kn時，銷釘剪斷。剪切力f=90kno設(shè)銷釘個數(shù)為2,則:f 二 2 t 7t r190kn=2x427mpax3. 14x 八解得：r=5.79mm取銷釘直徑d=12mm取銷釘長度l=40+10=50mm3. 9結(jié)構(gòu)校核3.9.1內(nèi)筒校核內(nèi)壁承受最大壓力45mpa,外壁承受最大壓力35mpa,最大承受 內(nèi)壓10mpao內(nèi)筒強度校核：代(0 +0)(7 =10 x (115.8+7)/14 =87. 7mpam =344. 67mpa 滿足強度要求。內(nèi)筒剛度校核：t=7mm&二=7.286t 7a 0.094a=

33、0.0947.286=0.013由1查圖412得b=129(3-8)(3-9)最大允許軸向應(yīng)力b)=min(344. 67, 129)=129mpa內(nèi)筒所受壓力f二45mpax內(nèi)筒下端截面積f=45mpa x -()2 - ()2 2 2內(nèi)筒上段橫截而積s二()2 - ()22 2內(nèi)筒承受軸向應(yīng)力cr = s=45mpa<(r滿足剛度要求。3. 9. 2外筒校核a與增壓活塞人端配合段外筒壁厚校核 承受來口外壁的最大工作壓力差15mpa 此段長度l=326mm壁厚 t= 16.4mm _l_ 326d 177.8= 1.834d_ 177.8t 16.4= 10.841由1查圖 4-11

34、得 a=0.22 由1查圖412得b=16416410.841二1528mpa>15mpa校核合格。b與增壓活塞小端配合的外筒壁厚校核活塞剛啟動時，此段外筒內(nèi)大部分充滿壓力為45mpa的液體， 外壁承受35mpa的壓力；活塞運動至行程終點時，此段外筒內(nèi) 大部分充滿壓力為20mpa的液體，外壁承受35mpa的壓力。按內(nèi)壓容器校核:卅幾(0+匚)(7 =_ 10x(115.8+31)62二23. 677mpa<二244. 67mpa校核合格。按外壓壓力容器校核： l=300mmt=31mm厶_ 300d 177.8= 1.687d _ 177.8 t 31=5.735由查圖4-11得a

35、=0.57 由1查圖 4-12 w b=173crv=1.5b= 1.5x173=259.5mpa(3-10)6=min(2b ,0.9 bv)(3-11)=min(2x244.67,0.9x259.5)=233.55mpa円嚴(罟0°625)b二(乂哲0.0625)xl71 5.735=37.765mpa(3-12) 2x230855.735(3-13)x(l 5.735)(3-14)=66.468mpa p=min(php2)=min(37565,66.468)=37.765mpa>15mpa校核合格。3. 9. 3增壓活塞校核剛度校核：連接增壓活塞大小端的連接筒外徑d=l

36、ll. 8mm 內(nèi)徑 d=102mm壁厚 t=4. 9mm£= =10.408t 4.9_ 0.094_ 10.408=9.031x1()7由1查圖412得b=117= 117mpa活塞承受的最大壓力f=15mpax大端活塞而積f=15x3.14x (字尸34x (y)2 = 134482.275n 增壓活塞連接筒的橫截面積s=34x-3.14x ()22 2=1644.76 m/n2增壓活塞連接筒的軸向應(yīng)力s_134482.275n 1644.76mm2=81.764mpav =117mpa校核合格。39.4中心管校核綜合考慮中心管的工作空間，中心管長度取l= 1500mmt=15

37、mm強度校核：500 瓦二頂"= 15.3062 =蘭t 15=6.533由1查圖 4-11 得 a=0.23由1查圖 4-12 w b=165<tv=1.5b= 1.5x165=247.5mpa巧二min(2bf ,0.9bv)=min(2x344.67,0.9x247.5)=222.75mpa p產(chǎn)(罟00625)bo=(-0.0625)x1656.533=30.729mpa2x222.756.533x(l 6.533)=57.754mpa p=min(ppp2)=min(30.729,57.754)=57.7545mpa>15mpa 校核合格。(3-15)屮心管上，

38、力二竺2t_ 35x68 一 2x15=79mpa(3-16)pdi35x68-4x15=39.5mpa(3-17)則 q2=%=b 12小孔邊緣應(yīng)力(巧)o.”=3%4=o.5b(3-18)(3-19)2故孔邊最人應(yīng)力發(fā)生在筒體軸向截面上， 力集中系數(shù)為：11大小為2.5 b，其應(yīng)kt =2.5 a io(3-22)(力) =3 q-q2 =2.5 a(3-20)2(巧)=3q2-q =0.5cf(3-21)=25& 二a即2.5二嘰96.8336仆=242.082mpav【刃二244. 67mpaiildx 開孔校核合格。 抗外擠強度校核： 最小抗擠強度p=58.2mpa(3-23

39、)安全系數(shù)sc =1.2故允許外擠壓力為:p-=i(3-24)58.2"tt=48.5mpa>45mpa 校核合格。 抗內(nèi)壓強度校核： 最小抗內(nèi)擠強度p=59.4mpa安全系數(shù)sc=.2故允許內(nèi)壓力為:(3-25)59.4tt=49.5mpa>35mpa 校核合格。抗扭強度校核：(3-26)許用拉應(yīng)力<r =689mpa r = 0.4q=0.4x689 =275.6mpa(3-27)取功率p=300kw 鉆桿鉆速n=150r/min 扭矩n二也£n_ 9.67x300_ 150- =1964kw/m(3-28)7rd334x98_16-= 1.84x i

40、o-4(3-29)1964kw / m1.84x10-4= 105.1mpa< r=275.6mpa校核合格。解封拉力校核:解封拉力f=20kn屮心管屈服強度下的抗拉力舛"伴）3皿響=0.007539 m2= 0s舛(3-30)=0.1x517mpa xo.007539 m1=202.1kn>f(3-31)最大允許拉仲力fp = 09f),=0.9x202.1= 181.89kn>f最大安全靜拉力(3-32)181.891.3= 139.9kn>f 校核合格。3. 10螺釘選取按gb/t70.1-2000標準確定尺寸，結(jié)構(gòu)如圖圖3.3。m f he.1 tf1

41、 tjjit圖3.3i 1上ms tj如if3iez2a rv吃1 <!l|ir> wabfje1 w aax jiu*< 口 ua uuc2 ev. ftl ul r<u m lafel 拿 r * a-iwb ««m> «*j t4 u m! r« u辜j:ivaibsapsignigp = 0.5 mm dk= 5.68 mm ds= 3 mm e = 2.88 mm3 mmmms = 2.52 mm t = 1.3 mmmm材料為防腐不銹鋼ylcrl8ni9se4壓力試驗該井下防噴器在標準封隔器試壓臺進行壓力試驗，最人工作壓力 條件下，保證井下防噴器各密封處無泄漏。5安裝維護51安裝由于該井下防噴器存在多處滑動配合，安裝時輕起輕放。外筒上的干密封錐管螺紋不需填料。按石油標準規(guī)定上扣連接。銷釘過盈配合安裝。單流閥和濾網(wǎng)扌肖板過盈配合安裝。單流閥和濾網(wǎng)扌肖板處銷釘選好后，進行點沖防松。5. 2維護該井下防噴器不得在超過規(guī)定條件下使用。起下鉆桿輕起輕下，防止該井下防噴器的誤操作。經(jīng)常檢查下接頭上的干密封錐螺紋是否松動，若松動重新旋緊。經(jīng)常檢查上膠筒座上的普通螺紋是否松動，若松動重新旋緊。 經(jīng)常檢查濾網(wǎng)擋板處螺釘是否松動，若松動重新旋緊防松。致謝本論文是在西南石