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大庆石油学院工程颁士专业学位论文 聚驱采出井不压井作业技术 摘要 聚合物驱是三次采油技术中的一种主要的技术手段，在高含水后期油田开发过程中对挖掘可 采储量、提高采收率、改善驱替效果等方面发挥着越来越重要的作用。大庆油田聚合物驱举升方 式主要有抽油机、电泵井和螺杆泵等三种。由于聚合物驱采出液的粘度较大、液面较高等原因导 致聚合物驱的检泵周期大大缩短，检泵作业非常频繁。对高产液或聚合物驱压裂后产液量增高的 井必须压井才能进行检泵，压井后势必对地层造成不同程度的污染，导致产液量下降，影响聚合 物驱的效果。另外，大庆油田水驱研究的由2 5 3 封隔器及活门配套形成的不压井作业技术，对聚 合物驱生产井检泵作业的不压井作业问题，还存在着一定的不适应性。1 。 国内的其它油田，如大港、胜利、华北等油田电泵井不压井作业技术也同样存在着这样的问 题，技术上也没有新的突破”2 ”“。 国外针对电泵井主要采用永久式封隔器加活门实现不压井作业。近几年来，可取式封隔器加 活门的技术应用起来越广泛，但也存在工艺配套的问题。抽油机井检泵作业不压井作业技术同样 也没有开展过研究。 因此，从保持地层能量，不污染地层，节约压井洗井费用，保护作业工人的身心健康和保护 环境的角度出发，有必要研究一套适合聚驱特点的不压井作业技术。该技术既能满足聚驱检泵 不压井作业的要求，同时也可为压裂、酸化、测试、洗井等工艺措施提供通道，它的研制成功将 为保护油层、提高聚合物驱效果提供技术保障。本文所研究的不压井技术就是针对以上问题，采 用可取式封隔器加活门或滑套的技术，并且通过完善、改进其配套工具。实现聚驱采出井不压井 作业。 关键词：聚合物驱 采出井 不压井作业 摘要 t h ep r o d u c t i o nw e l ls n u b b i n gs e r v i c et e c h n o l o g yo f p o l y m e rf l o o d i n g a b s t r a c t f o rar e s e r v o i r ，a tl a s ts t a g eo fw a t e rd r i v e ，t h ew a t e rc o n t e n ti sv e r yh i g h f o r e n h a n c i n gt h er e c o v e r yr a t i o ，a v a i l a b l er e s e r v ea n di m p r o v i n gt h eo i ld is p l a c e m e n t e f f i c i e n c y ，t h et e c h n o l o g yo ft h ep o l y m e rf l o o d i n gh a db e e nd e v e l o p e d ，a n di tn o wb e c o m e m o r ei m p o r t a n tt h a no t h e rt e c h n o l o g y a td a q i n go i lf i e l d ，t h ea r t i f i c i a l1i f to ft h e p o l y m e rf l o o d i n ga r et h eb e a mu n i t ，p c pa n de s p ，b e c a u s eo ft h eh i g hv i s c o s i t yo fp r o d u c e d f l u i do ft h ep o l y m e rf l o o d i n ga n dh i g hl i q u i dl e v e l ，t h ep e r i o do ft h ep u m pi n s p e c t i o n b e c a m es h o r t f o rt h eh i g h c a p a c i t yw e lla n de n h a n c e dp r o d u c i n gr a ti ow e lla f t e r f r a c t u r i n g ，b e f o r ew o r ko v e r ，i tm u s eb ek i l l e d i tw i l lc o n t a m i n a t et h ef o r m a t i o n ，t h e n d r o pt h el i q u i dp r o d u c i n gc a p a c i t ya n dt h ep o l y m e rf l o o d i n ge f f i c i e n c y t h e2 5 3 一p a r k e r a n dr e l e v a n ts e l f - c o n t a i n e dv a l v ed e s i g n e da n db eu s e db yt h ed a q i n go ilf i e l di sn o t s u i t a b l ef o r t h ep u m pi n s p e c t i o no ft h ep o l y m e rf l o o d i n g ，t h e r ea r es a m ep r o b l e ma t a p p l i c a t i o no ns i t e a to t h e rd o m e s t i co i lf i e l d ，d a g a n g ，s h e n g l ia n dh u a b e i ，t h e r ea r es a m ep r o b l e mw i t h d a q i n go i1f i e l df o rt h es n u b b i n gs e r v i c eo ft h ee s p a tt h ef o r e i g no i lf i e l d ，t h ep e r m a n e n tp a r k e ra n ds e l f c o n t a i n e dv a l v ea r eu s e dt o a c h i e v et h eg o a lo ft h es n u b b i n gs e r v i c e r e c e n t l yt h er e m o v a b l ep a r k e ra n ds e l fc o n t a i n e d v a l v ea r ea p p l i c a t e dm o r e l y ，b u tt h e r ea r es t i l lp r o b l e mw i t hi t ss e l fc o n t a i n e d e q u i p m e n t t h er e l v a n tt e c h n o l o g yo ft h eb e a mn u i th a v e n tb e e nd e v e l o p e d f o rk e e p i n gt h el a y e re n e r g y ，a v o i d i n gt h ef m m a t i o nc o n t a m i n a n t ，s a v i n gt h ec o s t o ft h ew e i l k il l i n ga n dw e l l f l u s h i n ga n dw 0 1 k e r sh e a l t han e wt e c h n o l o g yo fs n u b b i n g s e r v i c em u s tb ed e v e l o p e dt os u i tt h ep o ly m e f l o o d i n g t os o l v et h ea b o v ep l o h e m ，a n e ws n u b b i n gs e r v i c et e c h n o l o g yw e r ec l a i i f i e di nt h i sp a p e r ，t h er e m o v a b l ep a r k e r ，v a l v e a n do t h e ri m p r o v e ds e l f c o n t a i n e de q u i p m e n t sw e l eu s e dt oa c h i e v et h ea i mo ft h es n u b b i n g s e l v i c e ，a l s oo f f e rt h ee n o u g hc h a n n e lf o l t e c h n o l o g yo ft h ef t a t u l i n g ，i o g g j n g ， w e l l f l u s h i n ga n da c i dt r e a t m e n t k e y w o r d ：p o l y m e rf l o o d i n gp r o d u c t i o nw e l l s u n b b i n gs e r v i c e 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 日u舌 在油田开发过程中常用的不压井作业施工方法主要有两大类。一类是井下管柱结合井口控制装 置来实现不压井作业施工( 见图一) ：另类是地面不压井控制装置( 见i l t - - ) “”。 图1 f i g u r e 图2 f i g u r e2 井下不压井管柱结合井口控制装置，由于其较为可靠的：i ：艺性能及操作简便、成本低等特点而 被广泛应用于国内、外油田不压- j ：、不放喷作业施：i ：。而地而不压井作业啦制装置由于其操作复杂、 技术要求高、成本昂贵而只见于国外高产油扑有过使川，国内兄弟油田在这方面也做了一些研究， 但并没有被大规模推广使用。 在大庆油田，传统的丢手封隔器配合并下活门实现不压j ：、不放喷作业方式已得到了广泛的应 用。但随着应用规模的不断扩大，也发现了一些该：t 艺管枉及配套：i ：具的不适应肚。主要表现在以 一f j l 个方面： i 、丢手封隔器的卡瓦采h 】燕尾槽式结构，由于k l f | 存扩i 阳：作以及组装、制造等方i 雨的原因， 经箭卷成封隔器解封失败。而一旦解封火败，必须上大修处耻，增加1 t 施工难度。为了各种满足不 同目标、适应不同工程睛况而延k 了施a ：；q ! t a ，施工赞川也如嘲叟提高。据不完全统汁在火庆油h 内部，由于上述原因导致大修n 卅| ：数山施工井数的l ( 隅- , ：4 - 1 。 2 、受封隔器内径的f 啦活l j 捌杆的外径较小，例了其k 度、强度等技术指标，容易i ks , 芟4 t i 】 杆弯、折，导致活门开、灭火蚁。另外，较短的 i l i t ：l ：k 艘刈泵挂深度的h l ：确性也提f i 汀型高的璎求。 ：3 、活门足不压，1 ：作、止 j 1 5 ( 的父键：雌i 之一。以t f ! i - f l j 活1 ”p 辫，二r 舌引- i - k ! j j 处1 二疲劳f 人态， h u舀 常发生不归位或折、断现象，导致二次不压- i 业失败。 随着油田进入高含水开发后期；聚合物驱已成为油田提高采收率的一项重要的技术措施，并取 得了良好的增油降水的效果。目前，大庆油田聚合物驱的举升方式主要有抽油机、电泵和螺杆泵三 种。随着聚合物采出液中聚合物浓度的升高，以及采出井中液面较高或沉没度较低等原因，经常造 成聚驱井杆、管偏磨，导致检泵作业周期缩短，检泵作业比较频繁；对高产液或聚合物驱压裂后产 液量增加的井必须压井后才能进行检泵作业。但压井后势必会列地层造成不同程度的污染，导致产 濠量下降，反过来又影响了聚驱的效果；另外，大庆油田在水驱开发过程中由y , n 5 封隔器加活门及 井1 3 防喷装置配套形成的不压井作业技术，井下工具内通径小，无法与压裂、酸化、洗井、测试等 工艺措施配套，封隔器在解封性能方面也存在问题，无法满足聚合物驱不压井作业的要求。因此， 从保持地层能量，不污染地层，节约压井费用，保护作业工人的身心健康等角度出发，有必要研究 一套适合聚驱特点的不压井作业技术。此外，随着环保意识的逐步深入，不压井、不放喷检泵作 业也越来越被人们重视，它的意义也越来越明显。 针对以往常规不压井作业工艺技术存在的问题，结合聚合物驱压力高，易腐蚀等特点，根据现 场应用的三种机采方式，在原方案的基础上，我们对旋工方案进行了改进和完善，使之更好的满足 聚驱采出井不压井作业施工的要求。 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 第1 章聚驱不压井工艺研究及配套工具设计研制 1 1 研究内容及技术指标 1 1 1 研究内容 在对国内、外不压井技术调研的基础上，结合大庆油田的实际清况，确定其研究内容为 1 抽油机、电泵机采方式睑泵作业不压井工艺方法的研究，并且可为压裂( 投球法) 、酸化( 笼 统) 、测试、洗井等工艺措施提供通道。 2 一种承压差2 0 m p a ，可取、可钻封隔器的研制； 3 内通径0 7 4 m 活门的研制： 4 不压井起下抽油杆开关的研制： 5 其它配套工具的研制： 封隔器及井下工具抗腐蚀性能研究，使之能满足聚驱与三元复合驱采出井不压井作业施工。 1 1 2 技术指标 为满足聚合物驱抽油机井、电泵井检泵时不压，i ：作业的要求，工艺管柱和配套工具要满足以下 技术要求。 1 不压井作业工艺管柱及配套工具应具备大内通径的特点，为压裂( 投球法) 、酸化( 笼统) 、 测试、洗井等工艺措旌提供通道。 2 不压井作业管拄在压差2 0 m a 的条件下，工作寿命五年( 以油浸试验为准) 。 3 新型活门，内通径中7 4 哪。 4 封隔器承压差2 0 m p a ，结构可取、可钻。 5 检泵井中活门的二次密封率为8 0 。 6 现场试验1 0 m - j b 。 1 2 工艺管柱结构及工艺原理 1 2 1 电泵井不压井作业管柱结构及工艺原理 工艺管柱结构 根据电泵井作业特点，确定其不压井作业工艺完- j i 管枉主要由可取封隔器、活门及其它配套工 具组成( 见图1 - i ) 。 工艺原理： 采用专用坐纠：f 扎将底部接有可取封隔* 及活门的丢手管柱下至井内预定深度( 射孔扑段以 上) 。投送管柱的结构( 见圈1 2 ) ，经磁测校深无误后进行坐封和丢手，然后起出投送管拄。再下 入底部接有扶正= ； 及活门扣件f 的i 乜泵于i l i 汕管枉至封隔器鱼顶位疆，此时，捅杆捅开活门，油蜀生通， 可完井逊行泵抽生产：当需要检泵f i - - _ q k m t ，从汕管内投堵塞器，拆掉采汕树，配合井f - 1 不放唢装置 在捅杆从活门内抽出之汛鬻封汕套空问，实现不压北足泵抽管枉。当重新下入泵抽管h ! m j - ，往打 开活门之前，油管i 、j 投堵塞器，完i f ：后捞f l i 上抒塞器，l ! l m f 实现不压扑下入泵抽管枉。 第1 章聚驱不压并工艺研究及配套工具歧汁研制 l 单流阀 k 卅 申磊 7 扶正器 夕 器 l n 泵并不压并作业完井菅柱 投送管柱图 fire1 - 1s n u b i n g c o m p l e t i o n p i p es t r n g o f t h ee s pf i r ei - 2t h e h e r u n n i n gs i g p i p 2 抽油机并不压并作业管柱结构及工艺原理 结构 柱主要由可l 坟封隔= ： 、活f 、泵一v - 3 p 关及孵岜配套：l ：具! n j 扼 i tj i i 泵底部连接泵下开 关(卜：)。 i 舱泵不压井作业技术与l u 泵 像泵不_ 【i i 扑f 1 ；业技术删以，红施：u 一艺川- t = ，；r j 。- - ，起卜 | | 油扦 q 不压井施工：i ：艺。当需要梭泵州，l j ，t ；d t i 深- l l l i f l t i4 ：卜i l f l h 泵i i 州纠、i 砌：雎吲m ：4 7 i ( 7 17 7 4 1 1 n 泵 底郝阿r天，天闭汕管jf盈道后，i州进玎小脏北建抽汕朴。起泵歧71ii?：的过剧l刊起i巳泵过榭。 下泵 i i i 、1 ， l l ： i l i 泵s $ f i 9 泵下”父的例甜涨态魁父闭的。当装好0 i ：f7 1 后de i ! - , t i l is i l 十卜撞击于| 1 1 汕泵) 1 j 荚，打开通道后，上提g i l i i l l i 4 ：it 1 ，ji | 。j 。： 大庆石油学院工程硕士号业学位论文 抽油杆 抽油泵 y 泵下开关 固定凡尔 许 扶正器 l 纠 i i 。 捅杆 _ 封隔器 丑盂 至 八 活门 i 喇哕i 口 旷j 图1 - 3 抽油机井不压井作业完井管柱 f i g l j r e1 - 3 t h es n u b b i n gc o m p l e t i o np i p es u i n go f d _ l eb e a mu n i t 1 3 技术关键 技术关键： i 新型封隔器需要满足承压可靠、通径大、m 性4 可靠、材质可钻的要求。 2工艺管枉和配套工具3 t i ! 寿箭叁到五年( 以油漫j 鹚为准) 。 3 活门采用的是们l 、式结 = ；：j ，增大其内通径，泵一r 开关动n ：灵活，承压可：* 。 4 工具最小内通径为t b ? 4 u n _ 插入2 ：馏瞰吲i j j 谜行它逻的 | f i 层改造。 第1 章聚驱不压井工艺研究及配套工具设计研制 1 4 主要配套工具的设计、结构及原理 1 4 1y 4 4 5 ( 3 ) 型可取封隔器及配套工具 为了满足聚驱采出井不压井工艺的需要，设计了新型y 4 4 5 ( 3 ) 型可取、可钻封隔器，其材质 选用球磨铸铁，在打捞失败时，可用专用套铣工具套铣，套铣完成结束后，将其余部分_ 起捞出， 井底不留落物。 为了配合封隔器的坐封，研制了专用的伸缩加力器和坐封器，在作业时地面打压，专用座封器 及伸缩加力器动作，活塞套下移，使封隔器坐封。 1 4 1 1 用途： y 4 4 5 ( 3 ) 型可取、可钻封隔器是聚驱采出井不压井工艺管柱的关键工具之一。主要用于封隔油 层，并与活门等配套使用实班机采井不压井、不放喷作业。 专用座封器及伸缩加力器与之配套使用，提供该封隔器坐封动力。 1 屯1 2 结构： 专用座封器及伸缩加力器主要由中心管、活塞、活塞缸套和密封元件组成。 该封隔器主要由坐封、解封、密封元件和锁紧机构四部分组成。 1 4 1 3 特点： 1 4 1 3 1 ( 4 4 5 ( 3 ) 型可取、可钻式封隔器的结构设计有别于传统2 5 3 型封隔器的结构，它 采用的是坐封机构与封隔机构分离的设计思路，这为增大封隔器的内通径e u 造了条件。 1 4 1 - 3 2 锚定装置采用开窗式卡瓦挂限定卡瓦片结构，克服了燕尾槽式卡瓦挂有时卡死卡 瓦使卡瓦不能正常收缩和张开的缺点，使封隔器的锚定机构更加合理，确保坐封和解封性能更加可 靠。 l4 1 3 3 为避免封隔器鱼顶至胶筒问死区i 土j 沉砂造成砂卡无法解封，在封隔器胶筒上部设计 了冲砂通道，配合冲砂打捞工具，可以有效地避免砂埋、砂卡问题的出现。 1 41 3 4 为使封隔器m ￥封可靠，采用易磨铣材质，设计了钻铣和打捞两种解封方式。 1 4 1 _ 4 工作原理： 封隔器的坐封过程大致可分为两个步骤：存双向锥体作用下首先使支承p 瓦卡在套管壁上。 支点固定好以后( 即一i t - - 瓦譬在套管壁上) ，j j 强i 矧褊器胶筒密封油套环空。分步坐封的好处就是动 作互不干扰，有利于坐封充分。 坐封：谤往 隔器坐封动力来自与之配套f 必目的专用座封器及伸缩加力器。当油管内加液压时， 从座封器动力机构传来的动力作用于封隔* * 上使封隔器坐封。锁环在坐封过程中始终锁在中心管锯 齿扣上，起到i = = 退作用，使封隔器的p 瓦与胶筒始终处于：i ：作状态。 解封：该封隔器有两种解封方式。是采_ ；】专j ；| | | 打捞： ：具，捞住封隔器解判头后上提管柱解封， 另一种是下入专用套铣工具钻铣解封。 打捞解封：f r t i l l 管投送专j 7 - 1 ：t 1 。捞器。打# j 7 - 7 , 1 4 5 ) 瓣k 瓦捞住封隔器坐封套后上捉管拄在解封力达 到3 05 0 k n 后，封隔器解封。 钻铣解j ： ：用专用套铣工具捞 = 1 ：封隔器，施d l l - 定。爱力和扣艇对封隔器进行磨铣，自￥封届 上提管枉可一并捞：i ：封隔器其余部f ! = 。 针对现场施：r 过程中：n 现的捅入倚刚 l f 她象我f 救了宅内 j 划破i 武验，发! l ! j 矗成插入管柱遇 m 现缘的j j $ l t q 足封翰器在套管内斟划制犬态f 外侄( i ) 孙删的丢乎接头离i | ；外j t ( 1 ) 的扪捞接头 2 c n b 内高外低，呈外阶村i j 犬十i i ! x g i ，这样插入竹娃不易导八- 1 t 心锆+ j 叠7 易损 】i ! 。改进后，封隔 * x ! j 乞对态r 打捞接头、丢手接头向内阶梯状 f lc i j 卜圈：m 顶成澌纠状( 处h 卜一t 、i - 5 ) ，捅入管杠 大庆石油学院工程颂士专业学位论文 没有遇阻现象发生，同时保障了以后打捞作业的顺利进行。 图1 4 改进前 图l 一5 改进后 f i g u r e1 - 4t h e o f i 百n a p a r k e rf i g u r e l 5t h e i m p r o v e d p a r k e r 原打捞过程中，封隔器解封前，原打捞器下部为洗井所设计的密封段长度不够打开处于封隔器 下部的活门，这样造成在封隔器上、下压力不平衡，封隔器打捞解封困难。( 见图l _ 6 ) 。 将打捞器与- j 1 ：开关捅杆进行组合( 见图1 7 ) ，解决了打捞过程中的压力平衡问题。 9 一、l 00l i l l 、 洲 i 一坛 。 g 雌辫。”。”拦竺削。f 髫y 图1 6原打捞器示意和下开关捅杆示意图 f i g u r ei - 6 t h eo r i g i n a ll i s h e ra n do n - o t t 、r o do f t h ep a i $ ：e r 第l 章案驱禾童井工艺研究及雠套工具i 驻! 1 1 1 t i t 下。 图4i w 。i 础 i i - i i i 器 f i l u mi - 7 t h e i m p r o v e df i s h e r 1 t 1 5 强度校核 为了保证的专用座封器、伸缩加力器和封隔器满足设计要求，对其进行理论强度校核，结果如 1 4 。1 5 1 申缩加力器强燃 1 4 1 5 1 1 伸缩加力器加力套危险断面强度校核 材料：4 5 由 1 p 6 0 查得：0 。= 3 5 5 m p a 外径d = o 1 1 4 m 内径d = o 1 0 5 5 m ( 退刀槽处尺寸) 最大允许拉力p = - 2 1 洲 取安全系数n j 2 d 卫a = i 与d = 丽31 4 ( 0 篇1 1 4 啬0 丽1 0 5 5丌( d 2 一! ) 2 一 ) = 1 3 6 5 肋r 尸a b ，】= 一o - s ：_ 3 5 5 ：i 7 7 5 m p a ”z b ， 仃 由以f - 结果可以得出：加力套满足i 殳i , t 要求。 l4 1 5 1 2 加力套m 1 0 5 x 2 螺纹牙强度校核 螺纹牙外径d = o 1 0 5 m 由 2 得抗剪切公式： r = d kd ：i 丽e h 一石一 6 。 k ，一蝶纹符旧披荷不均匀系数“川 1 洲、j - k ，= o5 ( 5 1 3 最久轴向城荷( n ) 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 式中 d , - 内螺纹内径d f d 一1 0 8 2 5 t b 一螺纹牙宽度，普通螺纹取b ：0 8 7 t e _ 螺纹施合圈数e = 1 0 d = 1 0 5 1 0 8 2 5 2 = 1 0 2 8 3 5 d t = 1 0 2 8 3 5 2 = 5 1 4 1 7 5 9 b = 0 8 7 2 = 1 7 4 取k i 旬5 6 i 扫 2 1 p 5 5 查得：b _ o - 门5 r 】2 百o s2 万3 5 5 = 1 4 2 舰 r ：j 三一 k z l d i b i e 2 1 0 5 0 5 6 3 1 4 1 0 2 8 3 5 1 0 3 1 7 4 1 0 3 1 0 = 6 3 5 朋p 口 f f 在最大拉力2 l o 谢时螺纹牙不会被剪切。 由 2 得抗弯曲公式： 卟瓦热 9 取k ，= 0 5 6 b = 0 8 7 x 2 = 1 7 4 1 。扫 ”2 p 5 5 一查衙、+ “ 、。 一 r = 篆圳2 舰门z ) 蜓万一d l b l e 2 1 0 0 5 6 3 1 4 5 5 8 3 5 1 0 3 17 4 1 0 3 1 0 = 1 1 7 肋r 尸a f 在最大拉力2x1 0 w 时，螺纹牙不会被剪切。 由 2 p 5 5 得 刊= 嚣= 百3 5 5 瑙m p a 由 2 得抗弯曲公式： ( 1 o w2 乏i 赢3 p i 万t 曩 h = o 5 l l ： 2 = l0 8 ： 查壅互塑堂堕三堡堕主要些兰篁笙兰 3 2 1 0 5x 1 0 8 2 6 x 1 0 3 q 2 丽百五百西面百矿茹i 西f i 丽 = 2 1 8 5 m p a 盯。 9 取l = 0 5 6 1 ) = o 8 7 2 = 1 7 4 出 2 i ，5 5 查得： 小 = 望2 5 州： r = 竺 k 二，d b l e 1 6 1 0 j o5 6 3 1 4 x 4 98 3 5 1 0 3 1 7 4x 1 0 3x 1 0 0 4 9 m p “ 第l 章聚驱不压井工艺研究及配套工具设计研制 在最大拉力1 6 1 0 = n 时螺纹牙不会被剪切。 由 2 p 5 5 得：l o w = 西o w = 西3 5 5 = 2 3 7 m p a 由 2 得抗弯曲公式： 仃“，2 1 丝 k 丌d b2 e h = o 5 4 1 3 x 2 - - 1 0 8 2 6 3 1 6 1 0 5 1 0 8 2 6 1 0 3 仃w 0 5 6 3 1 4 4 9 8 3 5 1 0 3 ( 1 7 4 1 0 3 ) 2 1 0 1 9 5 8 ，泖口 o - 。 k 】 在最大拉力1 6 1 0 柏时，螺纹牙不会弯曲滑脱。 由以上计算得出：加力器键套m 5 2 x 2 螺纹习：满足设计要求。 1 4 1 5 1 5 加力器加力套抗内压强度校核 p ：2 盯旦：2 3 5 5 1 0 8 d 0 一加力套壁厚 d - 加力套外径 f 坐二竺1 1 0 u 一3i j i 、 2 。 1 1 4 1 0 1 4 3 6 m p d 由计算得出：在加力器最大工作压力3 0 l p a 时，加力套满足砹汁要求。 1 4 1 5 1 6 加力器剪断销钉剪切力计算 殴讨。坐封压力为4 5 腓a 时，剪切销钉剪断 剪断力为： 丌( d ! 一d ! ) p 2 pj a2 隗广 ：4 5 。l o 。! ：! ! 型：! 二! ：! 型1 4 = 2 5 k n 由 2 查得剪幼公式 ，7 r e d 一 4 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 _ 抗剪切强度( r - 3 1 0 8 p a ) 7 一销钥卟数( 设计为2 ) 辱- j 揣 由以上计算：剪断销钉直径设计为7 m 。 i 4 1 5 2 坐封器各零件强度校核 1 4 1 5 2 1 匕活塞套、中活塞套抗内压强度校核 材料：4 5 由 1 p 5 4 查得：0 。- 3 5 5 m p a 0 0 0 7 2 m o 一上活塞套壁厚，o = 7 i i 【l d _ 上活塞套外径，d - 11 4 n m l 由计算得出：座封器最大工作压力为3 0 m p a ，所以上活塞套满足设计要求。 中活塞套壁厚、外径及材料与上活塞套相同，所以中活塞套也满足设计要求。 1 4 1 5 2 2 座封器剪断销钉剪切力计算 设计坐封压力为1 o m p a 时，剪切销钥剪断。 剪断力为： p = f ( s l + s r ) 已知s | - s 一 口= 2 f s2 f 兰蟹二生! 1 4 2 。1 0 x2x 1 0 6 。! 巡! ：! 二! ：! ! 丝1 4 1 9 17 a 由 2 查得剪切公式： 行，耐2 p2 r 7 t - 抗剪切强度( r - 3 1 0 p a ) 销钥个数( 发汁为4 ) 鼢躬 。 旷篇 舻 b | d 蚶 仃 5 自 2 p = 第1 章聚驱不压井工艺研究及配套工具殴计研制 d = 厩= 、裂鬻等 = 0 0 0 4 5 i m = 4 5 r a m 因此，设计剪断销钉直径为d = 4 5 m 。 1 4 1 5 3 y 4 4 5 ( 3 ) 一1 1 8 封隔器各零件强基5 吕骸 1 4 1 5 3 1 封隔器中心管危险断面抗毖龇羹校核 材料4 5 由 1 p 4 5 查得：0 , = 3 5 5 p a 内径d = 7 4 唧 外径d = 8 2 5 m ( 退刀槽尺寸) 最大允许拉力p = - 2xl o 荫 取安全系数n 、= 1 5 盯2旦2面4丽pa e d 二一d ! 、 4 2 1 0 5 3 1 4 ( 00 8 2 51 0 0 7 4 ：) = 1 9 15 m p a 陟， - r 。y ，s = 3 1 5 _ 2 5 = 2 3 6 6 a 砌玎r【) o - o - , 由以上计算得出：中心管满足设计要求 1 4 1 5 3 2 封隔器坐封销钉剪切力计算 设计坐封力为3 5 k n 时，坐封销$ 1 剪断 由 2 查得剪切公式： p 一n z r d 二r 4 。 f 一抗剪切强度( r ：3 1 0 8 p a ) n 一销钥个数( 波汁为6 ) d 一销钥肖径 。熹4 p = f f4 引x y 。5 心xl o a ，萨 此，坐封销钥随径i 殳纠为砷z i 。 1 4 1 5 3 3 封隔器解封销钉剪切力计算 00 0 4 9 8 m = 49 8 ， 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 设计解封力为3 0 k n 时，解封销钉剪断 由剪切公式： 尸一m z d - r 4 d = 艇：臁：o 蝴s 一砌。 因此，解封销钉直径设计为4 5 m 。 1 4 1 5 3 4 封隔器卡瓦挂危险断面强度校核 材料：4 0 c r o7 7 8 5 m p a 最大允许拉力p = 2 l o 柏 取安全系数n f 2 外径d = 1 1 8 n _ n 内径d = l1 2 5 删( 薄弱点处内径) 。：呈：_ 竽- ：坚王掣；：2 0 1 a尼( d ! 一d ! )3 1 4x ( 0 11 81 0 11 2 51 ) 一一 o - p ， 经以上计算得出：卡瓦挂满足设计要求。 1 4 1 5 3 5 封隔器背帽m 1 1 2 x 2 螺纹牙强度校核 材料4 5 由 1 p 5 4 查得：o 产3 5 5 卿a 最大允许拉力2 0 0 k n 螺纹牙外径d = 0 1 1 2 m 由 2 得抗剪切公式： 志k be s r z “ “ 式中：d 。= t 1 2 一1 0 8 2 5 2 = 1 0 9 8 3 5 粤：旦竽刊9 l7 5 一、取k 姐5 6 ， b = 08 7 x 2 ：1 7 4 由 2 1 p 5 5 奁得： r 】= 墨 t 7 小 = 万3 5 5 = 1 4 2 , a 舰 每鲨竖堡堕鲨鲨茎塑壅墼奎塑堡堕塑：= 口 or = p 霹莽霉j 添“1 2 1 0 5 一0 , 5 6 x 3 1 4 x 1 0 9 8 3 5 x 1 0 - 3 x 1 7 4 1 0 - 3 8 = 7 4 4 肋p o f h 在晟大拉力2x 1 0 w 时，螺纹牙不会被剪切。 由 2 得抗弯曲公式： 由 2 p 5 5 查得： 仃。2 i 而3 p h 仃w 2 百i 再百川 凳：i 3 5 5 ：2 3 6 6 脚口 】5 i 5 1 h = o 5 4 1 3 2 = 10 8 2 6 ，2碱西两3。而2。10x而10可826面。10-丽3=138956 31 41 0 98 3 5 i o - i7 4 舰 ”o j f 而再 。叫。 吒 h 在最大允许拉力2 1 0 ；n 时，螺纹习二不会弯l 岍旨脱。 由以上计算得出：封隔器背帽m l1 2 2 螺纹牙满足设计要求。 l 4 1 5 3 6 封隔器下挡环m 1 0 7 2 螺纹牙强度校核 材料4 5 由 1 1 ) 7 4 查得：0 、= 3 5 5 m p a 最大允许拉力2 0 0 k n 螺纹牙外径d ：o 1 0 7 m 由 2 得抗剪切公式： ，= k z 一b ，e 式中：d = 1 0 7 一10 8 2 5 2 ：1 0 48 3 5 墩k ，= 05 6 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 由 2 p 5 5 查得： r = 一 k z 口d i b e 2x 1 0 5 = - - 一 o 5 6x3 1 4x 1 0 4 8 3 5x 1 0 。1 7 4 1 0 。x 1 0 6 2 3 5 朋p 口 在最大拉力2 l o n 时，螺纹牙不会被剪切。 由 2 得抗弯曲公式： 瓦k 竽db 而e 叫 z 丌1 = “ 由 2 p 5 5 查得： 川= 垒1 5 = 西3 5 5 = 2 3 7 腑 h = 0 5 4 1 3 2 = l0 8 2 6 3x2 1 05 10 8 2 6 1 0 3 仃 0 5 6 31 4 1 0 4 8 3 5 1 0 3 ( 1 7 4 1 0 3 ) ! 8 吒 9 取也：o 5 6 ，z b = 0 8 7x 2 = 1 7 4 h ：生取”2 5 f 。 r = 3 1 4 彳p d k z 石d i b e 2 1 0 3 = ：= 一 o 5 6 3 1 4x9 i 8 3 5x 1 0 1 1 7 4 1 0 。x 1 0 = 7 1 2 朋p 口 在最大拉力2xl o n 时，螺纹牙不会被剪切。 由 2 得抗弯曲公式： 由 2 p 5 5 查得 3 j d 厶 4 ，2 百i 祈 b ， 叫= 话o w = 百7 8 5 = 5 2 3 3 m p a 1 7 = 0 5 4 1 3 2 = l0 8 2 6 3 2 l0 j 10 8 2 6 1 0 3 ”o5 6 31 4 9 i 8 3 5 1 0 3 ( 1 7 4 1 0 3 11 1 0 o - 。 9取k ：= 0 5 6 ，2 b = 0 8 7x l ： 由 2 p 5 5 查得： 取 + = 2 5 【f 】专2 筹= a m p a p k z - 口d 1 b e 4 1 0 4 0 5 6 3 1 4 2 8 9 1 7 5 1 03 0 8 7 1 0 3 8 1 1 3 丸俨切 在最大拉力4 1 04 n 时，螺纹牙不会被剪切。 由 2 得抗弯曲公式： 由 2 p 5 5 查得 3 肋 吒l2 百i 而 h = 0 5 4 1 3x l = 0 5 4 1 3 k 】 川= 话o - w = 百4 4 0 = 2 9 3 3 m p o 3 4 1 0 4 o 5 4 1 3 1 0 3 ”o 5 6 3 1 4 2 89 i7 5 1 0 3 f 08 7 o - ch o - z f ：最大负：i 下 j z 力_ 1 0 。n 时，蝶纹习不会弯川1 目j 】兑。 由以i 一汁算僻帆1 0 妾头m 3 0 1 螺纹纠诎u 耍满足设汁要求。 疋怫 l | _l r 7 r l o o o 大庆石油学院工程硕士专业学位论义 1 4 4 打捞器 用于打捞解封封隔器。 1 4 4 1 结构： 由外套、分瓣卡瓦片等组成。 1 4 4 2 工作原理： 打捞管柱到位后，缓慢下放打捞管柱，使管柱负荷低于原管柱负荷6 0 - 8 0 k n ，此时打捞器卡瓦 卡牢于封隔器鱼顶锯齿扣，缓慢上提管柱，当上提力超过原管柱负荷4 05 0 k n 时，封隔器解封销钉 被剪断，封隔器解封。 1 4 - 4 3 强度校核 打捞器连接套危险断面强度校核 材料4 0 c r 由 1 p 6 0 查得： oy 7 8 5 仲a 内径d = o 1 l1 m ( 退刀槽处尺寸) 外径d = o 1 1 8 m 最大允许拉力2 1 0 w 取安全系数m = 2 p4 p 弘j 2 而而 4 2 1 0 5 西技石雨( 而 b 。 - 曼：_ 7 8 5 ：3 9 2 5 m p 口 盯2 o c b ， 可以得 t i ：连接套安全。 由以上计算得 【l ：打捞器强度满足设计要求。 1 5 小结 针对电泵、 f i | j 汕机两种机采方式，通过以上理论研究和理论强度校和计算，设计了不同的不压 井作业工艺管柱及其配套工具，并针对在现场试验中所暴露山的问题，进行了改进，使其： 艺进一 步完善。不压并： 艺管柱及其配套工具已达到设计要求。 第2 章室内试验 第2 章室内试验 2 1y 4 4 5 ( 3 ) 封隔器性能试验 2 1 1 封隔器胶筒的油浸试验 封隔器胶简对封隔器密封性能及其使用寿命至关重要。由于聚合物或三元复合驱体系中含有聚 合物、碱及表面活性剂。为此，对胶筒的配方及硫化工艺进行了改进。为了验证胶筒在不同介质条 件下承压密封性能及抗腐蚀性能，分别在0 - 柴油及三元复合体系介质，温度9 0 4 c ，压差2 5 m p a 的试 验条件下，先后对八批( 次) 胶筒进行了油浸试验，每舭啕按企标q d 0 9 3 2 1 9 9 6 压缩式封隔器胶 筒有关规定对其进行检验与试验。具体试验晴况见( 附录表1 、表2 ) 。 试验结果表明：胶筒经过1 9 2 小时的油浸试验，密封情况良好，起出后胶筒变形较小，形状完 好，达到了油浸试验的指标要求。 2 1 2 封隔器坐封试验 将组装好的封隔器与专用配套座封工具( 座封器与伸缩加力器) 直接相连后置干试验套管中， 加力器的另一端连接压力源，加液压3 - 5 8 1 2 1 5 m p a ，每个压力点打压2 次，每次稳压5 分钟后泄 压，然后使座封工具与封隔器丢手。 2 1 3 封隔器承压试验 从试验套管的上、下端各打压2 5 m p a ，稳压2 0 分钟，压力不降，封隔器不渗不漏不变形且无位 移，说明其密封性能及锚定机构是可靠的。 2 1 4 封隔器打捞解封试验 用专用打捞工具捞住封隔器解封头后，上提解封封隔器，封隔器解封力3 0 k n 。解封后观察卡瓦 收回状态良好，无变形。 2 1 5 封隔器室内模拟钻铣解封试验 为了检验封隔器钻铣解封的可靠性，在分层开采试验室，利用拉三 j f 【试验装簧，进行j 封隔器 钴铣自g 封的室内模拟试验( 见图21 ) 。利用专用套铣：时i 捞拄封妫器后，下放管柱，将j 压渊毫鲜e 2 5 k n ，将液压传动装置 速控制在加一6 0 l i n i n ， = i 于只要破上1 、掉封隔器的锁紧机构，封隔器岍椭￥ 封，因此在钻铣5 0 分钟，进尺3 2 0 i i n 后，割隔器自￥封。一i ：提管枉将丢手管柏! 全翻鼢m 。 试验结果表明： i 益 隔器坐封、承压、解封性：能可靠。勘；做到“i f 皆i i 、刳得住、l 议得j 【：”，达到了i 殳汁役水， 可以满足现场试验要求。 大庆石油学院工程硕士专业学位论文 2 2 活门性能试验 ln x 1 叫o 钻杆 广 套铣工具 jl 封隔器 碧 盐 逮 至 活门 喇叭口 | n 图2 1 室内套铣试验示意图 f i g u r e 2 - 1 t h e m i l l i n g t e s t i n g i n t h es h o p 2