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1、Y241-114封隔器设计摘 要：本文研究的封隔器是油气井作业中使用广泛的一种井下工具，其作用是在油井深度方向实现分层作业。封隔器上的卡瓦锚定后起到支撑封隔器、锁定胶皮筒的作用，其性能的好坏直接影响到油井的产量和生产安全。随着油气田开采的深入，地层情况越来越复杂，分层作业越来越普遍，对封隔器的使用要求也越来越高，封隔器系统失效的情况时有发生，给生产造成损失。 本文概述了油田常用的封隔器的类型、参数、命名及其工作原理；讨论了目前封隔器所用的胶筒的发展现状；分析了卡瓦对套管的损坏机理，讨论了卡瓦齿形对其受力的影响及对套管损坏的影响；分析了Y241-114封隔器的工作原理以及结构特征并对各重要零部件
2、进行强度校核，进而完成对Y241-114封隔器的设计，得出结论。Y241-114型封隔器主要用于分层注水中，该型封隔器中设计的内锁紧机构，实现了机构的重复坐封，提高了承压能力，采用的单向卡瓦结构，对注水工艺管柱进行扶正和锚定，提高了传统的无卡瓦封隔器的承压能力与解封力。同时还采用新型胶筒材料，能使密封元件更好耐高温、高压。因此该封隔器具有承压能力高，使用寿命长，密封效果好，能够满足高压分注工艺要求。关键词：封隔器；高压；注水；设计The Design of Packer of Y241-114 formAbstract: Packerof this studyiswidelyused inoi
3、l and gaswellsoperatinga downhole tool,its role is torealizethe depth directionin the well stratifiedoperation. Slipson thepackerpackersupportafter theplay, lockthe role ofrubbertube, the performancehas a directimpact onoil production andproduction safety.Withthe deepeningexploitation ofoil and gas
4、fields, stratigraphic situationmore complex,layeredworkmore and more common,the useofpackerdemand more and more, packersystem failure situationshave occurred,causingdamageto production.This article outlines thecommonoilfieldpackertype, parameters, nameand the working principle;discuss the currentpac
5、kercones used inthe development ofthe status quo;oftheslipofthe casing of thefailure mechanism,gearslipsdiscussedThe influenceof its shapeandthe influenceofcasing damage of the Y241-114 packer works and structural characteristicsandstrength checkof all major components, and thencomplete theY241-114p
6、ackerDesign,draw a conclusion.Y241-114 packer is mainly used in water injection. It has the locking mechanism, and makes the realization of the repeated closures. It can bears high pressure. The packer using a one-way slip structure makes the water injection string centralized and anchored, and it a
7、lso enhances the traditional non-slip packer capacity and the pressure of being lifted. The packer also adoptes the new rubber material to seal better under high pressure and high temperature. So it can be bears high-pressure, and has long service life, seals effectly, and met the high-pressure inje
8、ction.Key words: packer; hypertension; water injection; design目 录1 绪 论11.1 前言11.2 封隔器的发展11.3 封隔器的应用21.3.1 封隔器基本用途21.3.2 封隔器选用依据21.4 封隔器的结构31.4.1 密封部分31.4.2 锚定部分31.4.3 扶正部分31.4.4 坐封部分41.4.5 锁紧部分41.4.6 解封部分41.5 封隔器的类型41.5.1 封隔器的分类41.5.2 封隔器型号编制41.6 常用封隔器的工作原理62 Y241-114封隔器的设计102.1 总体方案设计102.2 结构设计102.
9、3 工作原理112.3.1 坐卡、坐封过程112.3.2 解卡、解封过程112.4 密封元件的设计122.4.1 合理形状和尺寸的确定122.4.2 密封元件材质的选用142.5 卡瓦部分的设计172.5.1 普通卡瓦封隔器对套管的损坏172.5.2 普通卡瓦的受力分析182.5.3 卡瓦的设计222.6 其他零部件的设计262.7 技术参数的确定262.7.1 主要结构参数的确定262.7.2 主要工作性能参数的确定273 井下管柱受力分析323.1 温度效应323.2 活塞效应323.3 膨胀和反膨胀效应333.4 螺旋弯曲效应344 关键零部件的校核364.1 坐封剪钉的校核364.2
10、中心管强度校核374.3 锁定套抗内压强度计算385 综述405.1 结构特点405.2 使用说明405.3 注意事项42结 论43参考文献44致 谢451 绪 论1.1前言本文研究的封隔器是油气井作业中使用广泛的一种井下工具，其作用是在油井深度方向实现分层作业。封隔器上的卡瓦锚定后起到支撑封隔器、锁定胶皮筒的作用，其性能的好坏直接影响到油井的产量和生产安全。随着油气田开采的深入，地层情况越来越复杂，分层作业越来越普遍，对封隔器的使用要求也越来越高，封隔器系统失效的情况时有发生，给生产造成损失。 本文概述了油田常用的封隔器的类型、参数、命名及其工作原理；讨论了目前封隔器所用的胶筒的发展现状；分
11、析了卡瓦对套管的损坏机理，讨论了卡瓦齿形对其受力的影响及对套管损坏的影响；分析了Y241-114封隔器的工作原理以及结构特征并对各重要零部件进行强度校核，进而完成对Y241-114封隔器的设计，得出结论。1.2封隔器的发展所谓封隔器，是指具有弹性密封元件，并藉此封隔环空、隔绝气层，以控制产(注)液,保护套管的井下工具。随着石油工业的兴起和发展，伴随着封隔器的问世和演变。据记载，世界上最早使用的封隔器是美国“种子袋”封隔器，由早期的油田经营商拉夫纳兄弟等人开始使用。1861年，经木质的表层导管下入的早期油管柱就带有这种封隔器。1865年，世界上第一次使用小尺寸的套管，其底端所接的也是这种封隔器。
12、早期的封隔器，结构简单，用途单一，性能低下。十九世纪八十年代美国相继发明了裸眼封隔器和单胶筒封隔器，随着美国对封隔器研究工作步伐的加快，苏联本国也相继对其研究发明。为了合理的开发多油层非均质油田，避免层间干扰和确保隔层有效生产，三十年代末，美国和苏联相继开始了分层开采工艺技术的研究如分层注水，这就导致了分层开采工艺技术的各种封隔器的发展。1942年，第一次双层完井使用了美国贝克公司制造的封隔器。随后几十年，随着钻井、完井工艺不断向高压、高温和复杂的深部地层方面发展，对封隔器提出了种种更高的要求，因而促使封隔器的研制工作趋向专业化，研制的产品日益丰富。近几十年来，由于人类对石油后备储量勘探的需要
13、，不得不在越来越恶劣的环境极端高温，极端高压，极端复杂的条件下进行钻井和完井。为了适应这种需要，密封腔容座完井法应运而生，用作苛刻条件下的密封材料相继问世，因而突破了封隔器只限于外密封的旧观念，开拓了封隔器实现内密封的新途径。随后，出现了一种新型的高压完井工具可取式下放短节，可以代替永久式封隔器下在密封腔容座的底部，使密封腔容座完井具有更大的灵活性和更好的控制性，从而导致油气井完井工艺的重大改革。封隔器正向高性能、多用途、适应性强和更多地采用内密封结构的方向发展，近几十年来，随着钻井、完井工艺不断向高压、高温复杂的深部地层方面发展，对封隔器提出了种种更高的要求，因而促使封隔器研制工作趋向专业化
14、。1.3封隔器的应用1.3.1封隔器基本用途 如前所述，封隔器适用范围之广，几乎遍及勘探和开发的各个生产过程。之所以应用封隔器，除了可满足生产中的各个工艺要求外，也有经济上和操作上的考虑，因为借助封隔器进行井下作业，比之其他的井下工具更为合算、更为方便。封隔器一旦在井下有效工作，就可以达到下列目的：（1）隔绝井液和压力，以保护套管免受影响，从而改善套管工作条件；（2）封隔产层或施工目的层，防止层间液体和压力互相干扰，以适应各种分层技术措施的需要，或便于进行堵漏、堵窜等修井作业；（3）保存并充分利用地层能量，以提高油井生产效率，延长其工作时间；（4）使井的控制仅限于地面油管，以确保安全和最大限度
15、的控制地层；（5）便于采用机械采油的方式；（6）用在气井中（尾管下至射孔段以下），可以缓和气井液面过早上升。通常，封隔器不能用在下列场合：（1）杆式泵抽油井；（2）电潜泵抽油井；（3）靠环形空间生产的低硫高产油井；（4）油套同出的低硫干气井。1.3.2封隔器选用依据封隔器选用得当，就会确保甚至提高井下工作效果。因此，必须对预定的井下作业的目的进行分析。一般来说，应该结合油井现在的和将来的情况，并在预计到要可能进行其他作业的情况下，选择既尽可能达到多项使用目的，而总成本最低的封隔器类型。下面简要列举了选用封隔器应当考虑的一些因素。（1）封隔器的结构性能封隔器的结构性能是决定使用效果和成本的关键因素，应当优先予以考虑。通常，对封隔器性能上的基本要求是下的去、封得严、能耐久。具体来
