封隔器设计计算.doc

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1、1.4.4油田用封隔器的通用技术条件1）名词及术语（1）封隔件——直接起封隔井内工作管柱与井壁环形空间作用的封隔器部件。（2）坐封——按给定的方法和载荷，使封隔件始终处于工作状态。（3）解封——按给定的方法和载荷，解除隔件的工作状态。（4）稳压——在不补充压力和不改变工作条件的情况下，将已建立起的流体压力，保持在规定的范围内。（5）坐封载荷——封隔器坐封时，所需的外加载荷。（6）解封载荷——封隔器解封时，所需的外加载荷。（7）换向疲劳——封隔器坐封后，改变工作压差方向的次数。2）封隔器的基本参数

2、（1）工作压力工作压力数值应从以下给出的系列中选取。单位/MPa。压力0.71.01.52.02.53.55.07.010.0（2）工作温度工作温度数值应从以下给出的系列中选取。单位/℃温度55708090120150180300370（3）刚体最大外径刚体最大外径数值优先从以下给出的系列中选取。单位/mm最大外径9095100105115120135140144148152165185（4）刚体内通径刚体内通径数值优先从以下给出的系列中选取。单位/mm刚体内通径3840465055627685

3、951001051强度校核1.1内中心管壁厚的校核计算内中心管材料选用20CrMo钢，其许用应力为[σ]=600MPa，设计壁厚t＝5mm。如图1.1所示，内中心管在力的作用下处于空间应力状态，有：图1.1内中心管空间应力状态图1.2应力分布图由于此内中心管只受到内压而无外压，这时在上述公式中，令P0＝0，得到应力计算公式：上式表明，σr恒为压应力，而σθ恒为拉应力，沿筒壁厚度，σr和σθ的变化情况如图1.2所示：在筒壁的侧面处，r＝a，两者同时达到极值，因为两者同为主应力，故可记为：σθ＝σ1

4、，σr＝σ3。根据最大剪应力理论，塑性条件和强度条件分别为：式中σs为材料的屈服极限，以σr和σθ代替σ3和σ1，并令r＝a，则化为：式中是筒壁内侧面处开始出现塑形变形时的内压力。此内中心管内径d＝40mm，外径D＝50mm，Pi＝19MPa，即a＝20mm，b＝25mm，在中心管内壁上σθ及σr同为最大值，于是计算出第三强度理论的相当应力为：MPa即：故内中心管安全。2.3设计计算2.3.1胶筒的设计计算2.3.1.1胶筒的材料及性能压缩式胶筒（以下简称胶筒）是压缩式封隔器的心脏，当封隔器胶筒

5、承受轴向载荷时，封隔器胶筒将产生较大变形，使胶筒与套管之间产生接触压力，借此封隔环空，隔绝产层，保护套管。胶筒的耐温、耐压能力是衡量封隔器好坏的技术指标。胶筒的耐温性能与材质密切相关。胶筒耐压能力与是否采用“防突”装置及该装置结构是否合理关系甚大。所谓“防突”，就是在胶筒端部安放某种阻挡环、支撑环，限制装置和保护件等，用以阻止和限制封隔器坐封时胶筒朝油套环形空间“突出”或“流动”，从而提高和保持接触压力，以获得良好的密封性。（1）胶筒的耐温性能胶筒的工作温度主要受胶料及硫化体系的影响。目前橡胶硫

6、化体一般采用无硫硫化体系，有利于提高其耐温性能。下面就不同胶料的胶筒耐温性能作简要阐述。1）丁腈橡胶压缩式封隔器胶筒采用丁腈橡胶较好。这是因为丁腈橡胶不仅具有较高的耐温性能、良好的耐油性、较高的抗张强度和较好的弹性，而且易于成型和价格低廉。未加补偿填充剂丁腈橡胶的抗张强度为3～4.5MPa，而加补强填充剂后抗张强度增大到25～30MPa。与天然橡胶和丁苯橡胶相比，丁腈橡胶耐热性较好，其制品一般能在120℃下连续使用，在热油中也能耐温150℃。上海橡胶制品研究所新进研制的701型橡胶，在150℃下

7、基本上能耐压35MPa，最终因受结构的限制，在高温高压下，其不饱和双键易断开，使链状结构受到破坏而导致胶筒失效。2）氟橡胶氟橡胶具有良好的耐温、耐热和抗老化性能，但强力性能和硬度均温度的升高而明显降低，其中抗张强度的变化特点是：在150℃以下，抗张强度随温度的升高而迅速降低；在150～260℃之间，则随温度的升高而下降较慢。见表2.1。显然，对于耐温要求小于或等于150℃的胶筒，氟橡胶并不合适，其可塑性差，难以加工成型，且价格比丁腈橡胶贵。有人曾用氟橡胶制作胶筒，未获成功。表2.1氟橡胶在不同温

8、度下的性能变化性能温度（℃）24150260抗张强度（MPa）17.23.52.1伸长率（%）33012080硬度（邵尔A）7565633）氢化丁腈橡胶氢化丁腈橡胶是国外80年代中期开发并投入批量生产的一种新型橡胶，具有以下性能特点：耐热性能好。由于对热敏感的双键部分被消除，因而耐热性能明显提高，加之保留了氰侧基（—CN），仍具有丁腈橡胶的耐油性能；强伸性能和耐磨性能高。用一般配方，氢化丁腈橡胶的抗张强度达30MPa以上，有特别要求的，可达60MPa；耐寒性优于丁腈橡胶，而其加工性与丁腈橡胶相似