封隔器設(shè)計計算.doc

《封隔器設(shè)計計算.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、1.4.4油田用封隔器的通用技術(shù)條件1）名詞及術(shù)語（1）封隔件——直接起封隔井內(nèi)工作管柱與井壁環(huán)形空間作用的封隔器部件。（2）坐封——按給定的方法和載荷，使封隔件始終處于工作狀態(tài)。（3）解封——按給定的方法和載荷，解除隔件的工作狀態(tài)。（4）穩(wěn)壓——在不補(bǔ)充壓力和不改變工作條件的情況下，將已建立起的流體壓力，保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。（5）坐封載荷——封隔器坐封時，所需的外加載荷。（6）解封載荷——封隔器解封時，所需的外加載荷。（7）換向疲勞——封隔器坐封后，改變工作壓差方向的次數(shù)。2）封隔器的基本參數(shù)

2、（1）工作壓力工作壓力數(shù)值應(yīng)從以下給出的系列中選取。單位/MPa。壓力0.71.01.52.02.53.55.07.010.0（2）工作溫度工作溫度數(shù)值應(yīng)從以下給出的系列中選取。單位/℃溫度55708090120150180300370（3）剛體最大外徑剛體最大外徑數(shù)值優(yōu)先從以下給出的系列中選取。單位/mm最大外徑9095100105115120135140144148152165185（4）剛體內(nèi)通徑剛體內(nèi)通徑數(shù)值優(yōu)先從以下給出的系列中選取。單位/mm剛體內(nèi)通徑3840465055627685

3、951001051強(qiáng)度校核1.1內(nèi)中心管壁厚的校核計算內(nèi)中心管材料選用20CrMo鋼，其許用應(yīng)力為[σ]=600MPa，設(shè)計壁厚t＝5mm。如圖1.1所示，內(nèi)中心管在力的作用下處于空間應(yīng)力狀態(tài)，有：圖1.1內(nèi)中心管空間應(yīng)力狀態(tài)圖1.2應(yīng)力分布圖由于此內(nèi)中心管只受到內(nèi)壓而無外壓，這時在上述公式中，令P0＝0，得到應(yīng)力計算公式：上式表明，σr恒為壓應(yīng)力，而σθ恒為拉應(yīng)力，沿筒壁厚度，σr和σθ的變化情況如圖1.2所示：在筒壁的側(cè)面處，r＝a，兩者同時達(dá)到極值，因為兩者同為主應(yīng)力，故可記為：σθ＝σ1

4、，σr＝σ3。根據(jù)最大剪應(yīng)力理論，塑性條件和強(qiáng)度條件分別為：式中σs為材料的屈服極限，以σr和σθ代替σ3和σ1，并令r＝a，則化為：式中是筒壁內(nèi)側(cè)面處開始出現(xiàn)塑形變形時的內(nèi)壓力。此內(nèi)中心管內(nèi)徑d＝40mm，外徑D＝50mm，Pi＝19MPa，即a＝20mm，b＝25mm，在中心管內(nèi)壁上σθ及σr同為最大值，于是計算出第三強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力為：MPa即：故內(nèi)中心管安全。2.3設(shè)計計算2.3.1膠筒的設(shè)計計算2.3.1.1膠筒的材料及性能壓縮式膠筒（以下簡稱膠筒）是壓縮式封隔器的心臟，當(dāng)封隔器膠筒

5、承受軸向載荷時，封隔器膠筒將產(chǎn)生較大變形，使膠筒與套管之間產(chǎn)生接觸壓力，借此封隔環(huán)空，隔絕產(chǎn)層，保護(hù)套管。膠筒的耐溫、耐壓能力是衡量封隔器好壞的技術(shù)指標(biāo)。膠筒的耐溫性能與材質(zhì)密切相關(guān)。膠筒耐壓能力與是否采用“防突”裝置及該裝置結(jié)構(gòu)是否合理關(guān)系甚大。所謂“防突”，就是在膠筒端部安放某種阻擋環(huán)、支撐環(huán)，限制裝置和保護(hù)件等，用以阻止和限制封隔器坐封時膠筒朝油套環(huán)形空間“突出”或“流動”，從而提高和保持接觸壓力，以獲得良好的密封性。（1）膠筒的耐溫性能膠筒的工作溫度主要受膠料及硫化體系的影響。目前橡膠硫

6、化體一般采用無硫硫化體系，有利于提高其耐溫性能。下面就不同膠料的膠筒耐溫性能作簡要闡述。1）丁腈橡膠壓縮式封隔器膠筒采用丁腈橡膠較好。這是因為丁腈橡膠不僅具有較高的耐溫性能、良好的耐油性、較高的抗張強(qiáng)度和較好的彈性，而且易于成型和價格低廉。未加補(bǔ)償填充劑丁腈橡膠的抗張強(qiáng)度為3～4.5MPa，而加補(bǔ)強(qiáng)填充劑后抗張強(qiáng)度增大到25～30MPa。與天然橡膠和丁苯橡膠相比，丁腈橡膠耐熱性較好，其制品一般能在120℃下連續(xù)使用，在熱油中也能耐溫150℃。上海橡膠制品研究所新進(jìn)研制的701型橡膠，在150℃下

7、基本上能耐壓35MPa，最終因受結(jié)構(gòu)的限制，在高溫高壓下，其不飽和雙鍵易斷開，使鏈狀結(jié)構(gòu)受到破壞而導(dǎo)致膠筒失效。2）氟橡膠氟橡膠具有良好的耐溫、耐熱和抗老化性能，但強(qiáng)力性能和硬度均溫度的升高而明顯降低，其中抗張強(qiáng)度的變化特點(diǎn)是：在150℃以下，抗張強(qiáng)度隨溫度的升高而迅速降低；在150～260℃之間，則隨溫度的升高而下降較慢。見表2.1。顯然，對于耐溫要求小于或等于150℃的膠筒，氟橡膠并不合適，其可塑性差，難以加工成型，且價格比丁腈橡膠貴。有人曾用氟橡膠制作膠筒，未獲成功。表2.1氟橡膠在不同溫

8、度下的性能變化性能溫度（℃）24150260抗張強(qiáng)度（MPa）17.23.52.1伸長率（%）33012080硬度（邵爾A）7565633）氫化丁腈橡膠氫化丁腈橡膠是國外80年代中期開發(fā)并投入批量生產(chǎn)的一種新型橡膠，具有以下性能特點(diǎn)：耐熱性能好。由于對熱敏感的雙鍵部分被消除，因而耐熱性能明顯提高，加之保留了氰側(cè)基（—CN），仍具有丁腈橡膠的耐油性能；強(qiáng)伸性能和耐磨性能高。用一般配方，氫化丁腈橡膠的抗張強(qiáng)度達(dá)30MPa以上，有特別要求的，可達(dá)60MPa；耐寒性優(yōu)于丁腈橡膠，而其加工性與丁腈橡膠相似