Y211—114型封隔器的設(shè)計(jì)計(jì)算

摘 要：介紹了封隔器的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及分類。比較幾種常見封隔器的優(yōu)缺點(diǎn)及任務(wù)書的要求，選擇了機(jī)械式卡瓦封隔器中的Y211-114類型進(jìn)行本封隔器的設(shè)計(jì)。對卡瓦、膠筒和軌跡中心管進(jìn)行了改進(jìn)，更適用于井下的工況。對卡瓦進(jìn)行了靜力學(xué)分析，得到最大應(yīng)力3.09108×108 N/m2，小于卡瓦材料的屈服應(yīng)力，為6.2042×108 N/m2，安全系數(shù)比較高。對于膠筒進(jìn)行了有限元分析，得到了膠筒的接觸應(yīng)力特性和壓縮性，以便于提高膠筒密封性能的可靠性。

關(guān)鍵詞：Y211-114封隔器；卡瓦；膠筒；有限元；

中圖分類號：O243 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-04-00242-02

一、前言

隨著油田類型的增多和深部油藏的開發(fā)，封隔器已經(jīng)成為必不可少的井下設(shè)備，是石油工業(yè)壓裂、酸化等井下增產(chǎn)作業(yè)中的關(guān)鍵工具，利用它在壓裂過程中在某一地層建立局部高壓區(qū)，使工作介質(zhì)按照人們所選定的地層進(jìn)行井下作業(yè)，達(dá)到石油增產(chǎn)的目的，尤其在低滲透油、氣井開采中使用效果十分顯著。

二、封隔器結(jié)構(gòu)功能和分類

（一）封隔器的機(jī)構(gòu)功能。目前，盡管國內(nèi)外研制的封隔器花樣繁多，但基本結(jié)構(gòu)大致相同。主要包括密封、鎖定、扶正、坐封、解封六大部分，而每一部分又各自包含若干零、部件。當(dāng)然，由于使用目的和工藝要求的不同，各種類型的封隔器并不一定各部分結(jié)構(gòu)完全一樣。其中，密封部分有膠筒、鋼碗；錨定部分有摩擦彈簧、螺釘、導(dǎo)向頭；坐封部分有中心管；鎖緊部分有鎖門，解封部分有外套等。

（二）封隔器的分類。封隔器種類繁多，其基本類型主要有以下幾種：永久式、水力膨脹式、水力自封式、支柱式、張力式、機(jī)械壓縮式、水力壓縮式、機(jī)械張壓式和水力張壓式。

三、封隔器的設(shè)計(jì)計(jì)算

（一）封隔器類型的確定。比較幾種常見封隔器的優(yōu)缺點(diǎn)及任務(wù)書的要求，本封隔器的類型選擇了機(jī)械式卡瓦封隔器中的Y211-114類型進(jìn)行本封隔器的設(shè)計(jì)。它具有起下順利，中途不誤坐封，坐封、解封操作簡單，密封可靠，耐壓高，通徑大，摩阻小等優(yōu)點(diǎn)。用于分層試油、采油、找水、堵水、壓裂、酸化和防砂。

（二）封隔器參數(shù)的確定。

1、 膠筒的設(shè)計(jì)計(jì)算：a. 選用現(xiàn)有的壓縮（YS）式封隔器膠筒，型號YS113×74-120-25，尺寸為：外徑R1=113 mm，內(nèi)徑R0=74 mm，長度L=85 mm。b.本設(shè)計(jì)由于耐溫和耐壓要求較高，故而選用氫化丁腈橡膠。

2、卡瓦的設(shè)計(jì)計(jì)算。卡瓦的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

該卡瓦在坐卡時(shí)，錐體隨上部油管的下行可使卡瓦沿徑向平行向外移動，并保證所有卡瓦牙都卡住套管壁。圖2是處于裝配中的卡瓦工作示意圖。卡瓦及錐體受力如圖3所示，此時(shí)因箍簧、下端面的作用力都小而忽略。