环形防喷器设计的几个要点分析Word文档格式.docx

1、关键词:环形防喷器; 设计; 活塞行程; 配合; 封闭中图分类号:TE 831 102 文献标识码:A 文章编号:1006-768X（2005 05-0082-03环形防喷器是井口防喷控制装置的重要组成部件之一。它可在需要时封闭各种形状的钻具, 并可在井内无钻具的情况下全封井口。在封闭具有18坡度接头的对焊钻杆时, 可强行起下钻作业, 功能较为全面, 通常与闸板防喷器配套使用。由于环形防喷器对于封闭井口有重要的作用,因此环形防喷器的设计必须要达到规定的要求。在设计过程中, 除了对壳体强度、各连接螺栓强度校核外, 活塞行程的确定; 活塞与本体间的行程配合; 活塞与本体间的密封等都是在设计中必须重

2、视的问题。一、胶芯计算在设计环形防喷器之前必须对胶芯完全挤胶后的活塞行程及橡胶储胶量进行计算, 以确定活塞行程是否足够, 是否能让胶芯全封井口。胶芯计算分为活塞行程计算和储胶比计算。这里推荐一种简单、易懂的设计方法供大家参考。1 活塞行程计算环形防喷器的工作原理是:关井时, 活塞在关井油腔的液压力作用下向上推动活塞上行。在胶芯受到活塞的向上推力作用后, 由于受顶盖形状控制向中心靠拢做向上和向心运动, 直至胶芯内的各个硫化铁芯全部靠拢, 橡胶完全挤出而封闭井口。因此,活塞行程应根据胶芯硫化铁芯来计算。通过计算出硫化铁芯完全靠拢后的水平位移可计算出铁芯的垂直位移h , 该垂直位移即为活塞的最大行程

3、H m a x , 即h =H m ax 。根据硫化铁芯在运动过程中形状不变的特性, 可做出几何图1。图1胶芯整体围绕半径为R （顶盖球半径 的圆心O 作向上向心旋转运动。r 1为铁芯最高顶点A 的半径; r 2为顶部挤拢后, 顶点A 的半径; r 2=2 r 3为铁芯底部球面半径, 中心点为O 。式中:n 铁芯个数; c 单个铁芯顶部最大边长。O 胶芯最底边中心点。这里没考虑顶盖球心与胶芯间的偏心距e , 且应满足O 在0点的下方。由图1可知: 1=arccos1R 2=arccos r 2R82 钻 采 工 艺DRILLING &PRODUCTION T ECH NOLOGY 2005年9

4、月 Sep. 2005 1 顶点A 与O 点连线与水平方向夹角;2 顶点A 与O 点连线与水平方向夹角; 3 铁芯顶点A 与底部球面圆心O 间的夹角, 旋转后不变。3= 1+arcsin h 2R -r 3h 2可由图查知。则铁芯底部球面圆心O 运动轨迹为以（R -r 3 为半径的圆。在图中作出几何分析辅助线。O 点上升位移为h , 即为活塞上升位移。h 1=（R -r 3 sin （ 2- 3h 2=（R -r 3 sin （ 3- 1h =h 1+h 2由前面的公式推导得出hh =（R -r 3 sin arccos 2 R -arccos r 1R-arcsin h 2R -r +h 2

5、该公式由几何分析得出, 简明、易懂。由已知的c 、n 、r 1、r 3、R 、h 2几个参数就可计算出h , 从而得出H m a x , 由H m ax 设计出的环形防喷器可让胶芯最大限度的挤出橡胶, 更好的实现密封。2 储胶比i储胶比是指胶芯完全挤出橡胶后的橡胶总体积与胶芯所需密封的环空体积之比i 。i 必须大于1才表明该胶芯能完全密封井口。i 越大表明储胶量越充足。可先计算出两铁芯间隙间的储胶量, 从而得出总的储胶量与环空体积相比, 则可算出i 。二、活塞与本体间的行程配合环形防喷器结构见图2。1 活塞顶点可上移的距离（H 1 必须大于活塞行程（H 2如图1中所示H 1H 2。通常在设计过

6、程中只考虑到活塞尾部到挡泥环的位移H 2, 即为活塞位移。但活塞在运动过程中还要受到顶盖的限制。活塞顶部的最大位移为H 1。由图2可知, 若H 2H 1说明活塞在还没运行到设计规定的行程值时就不能上移了。也就是说胶芯不能完全挤出橡胶, 不能全封井口, 设计失败。这是很容易被忽略的问题。虽然设计了足够的行程, 但结构设计的失误造成活塞不能完成行程, 从而造成胶芯没有最大限度挤出橡胶, 没有完全密封, 致使密封失效。设计时应考虑这2 活塞上行完成后, 活塞尾部不能堵住开启腔油口由图1可看出, 若活塞尾部将油口堵住, 开启腔便无法进油, 活塞不能下行, 胶芯始终处于关闭状态。这是不允许的。因此在活塞

7、上行抵拢挡泥环后, 其尾部与挡泥环应有一定间隙, 以便开启油腔能进油, 实现开启功能。切不能让活塞堵住开启腔油口, 让活塞不能向下运行, 致使胶芯一直关闭, 达不到胶芯可开、可关的功能, 造成设计失败。图2三、活塞与本体及挡泥环的密封活塞不仅有推动胶芯运行的功能还有分隔油缸开关两腔的作用。它分为三处密封:活塞外径密封（在活塞外径上, 封隔油缸开关两腔。如图2中1处所示 ; 活塞内径密封（在壳体上, 封隔井压与关闭腔。如图2中2处所示 ; 挡泥环密封部位（在挡泥环上, 封隔井压与开启腔。如图2中3处所示 。图3 图4 图5该三处密封均为活动密封, 且处于油腔的关键部位, 因而对密封圈的性能要求较

8、高, 密封效果要好。国内一般采用组合密封圈, 即U 形圈夹O 形密封条, 实现双向运动密封, 这种密封圈的密封效果较好, 如图3所示。但这种密封圈密封处容易夹杂泥砂, 造成拉缸及密封失效, 因此国外一些厂家对此类密封圈进行了改进。如歇福尔环形防喷器, 内径密封部位和密封环密封部位的第一道密封, 采用双唇（如图; 83 第28卷 第5期 Vol. 28 No. 5 钻 采 工 艺DRILLING &PRODUCT ION T ECHNOLOGY器在活动密封部位采用双面Y 形密封圈加压圈的方式（如图5 来密封。四、结论通过对这几处环形防喷器设计的关键问题的分析, 使我们对环形防喷器的设计更加了解,

9、 而设计出的环形防喷器的使用效果更好。当然, 对各重要金属件的强度校核是必不可少的, 也是最基本的要求。在设计环形防喷器时可仔细考虑一下这几处关键部位, 让我们的设计更加完备, 效果更好, 避免不必要的损失。（编辑:刘英 （上接第81页 随沉没度的变化规律。由图中曲线变化规律可见, 抽油杆柱轴向分布力与临界轴向压力随沉没度的降低而显著降低; 含水越高, 临界轴向压力随沉没度降低而降低的幅度越大。因此, 高含水油井在低沉没度条件下运行容易产生偏磨。由上述分析可以看出, 高含水油井在低沉没度条件下时, 抽油杆柱轴向分布力与临界轴向压力明显降低, 杆管容易产生偏磨。高含水油井在低沉没度条件下运行时,

10、 泵示功图特征为供液不足, 下冲程柱塞卸载迅速, 抽油杆柱振动加剧, 从而降低了悬点最小负荷与最小轴向分布力, 这是高含水油井在低沉没度条件下容易产生偏磨的主要原因之一。图2轴向分布力与临界压力随含水的变化规律图3 轴向分布力与临界压力随沉没度的变化规律3. 液击对抽油杆柱受力的影响图4画出了抽油杆柱实际轴向压力与临界轴向压力随液击发生位置的变化规律。当液击发生于上下死点时, 液击力为零; 当液击发生于冲程的中间位置时, 液击力较大。在所计算参数条件下, 当液击发, 图4 轴向压力随泵充满程度的变化规律五、结论（1 当抽油杆柱在油管内产生屈曲时, 杆管产生偏磨。杆管偏磨的临界压力仅取决于抽油杆

11、柱所受的轴向分布力q 和抽油杆直径。抽油杆柱底部所受的集中轴向压力越大, 抽油杆柱越容易产生偏磨;抽油杆柱实际轴向分布力越小, 临界轴向压力越小,杆管越容易产生偏磨。（2 高含水油井在低沉没度条件下运行容易产生偏磨。（3 本文对抽油杆柱的轴向分布力, 实际轴向压力与杆管偏磨的临界条件进行了仿真分析, 实际上,水驱抽油机井杆管偏磨往往是多因素综合作用的结果, 对此有待进一步研究。参考文献1 丛蕊, 董世民. 抽油杆柱稳定性问题研究J.石油机械, 2002, 30（8 :17-192 G ibbs S G, Predicting the behavior of sucker rod pumpingsystemsJ.Shell Development Co. , Houston T ex as, J.P. T. , July 1963:116-1213 崔振华, 等. 有杆抽油系统M . 北京:石油工业出版社, 1994:2-504 董世民. 水平井有杆抽油系统设计M .北京:石油工业出版社, 1996:180-1905 董世民, 等. 抽油机设计计算与计算机实现M .北京:石油工业出版社, 1994:6 马晓青. 冲击动力学M . 北京:北京理工大学出版社, 1992:60-90 （编辑:刘英84 钻 采 工 艺DRILLING &