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1、5 1/2in 套管打捞器设计摘要：在油井的开发过程中,经常遇到井下管柱既不能倒开也无法活动解卡的问题,在这个时候就需要打捞工具来解决。对此类问题,以前大多使用磨铣工具来处理,但是磨铣作业不仅时间长,效率低,而且在经济上很不划算。为此本文设计了一种集套管切割和打捞于一体的套管打捞器,这是一种利用液压驱动的原理来进行套管切割和打捞的一种打捞工具,其不仅可以顺利的对套管进行切割和打捞,而且可以很好的解决磨铣作业中存在的不足之处。本文重点介绍了这种套管打捞工具的工作原理,结构及其方案的具体设计与方法。关键词：套管切割；打捞；一体 DesignAbstract:In the development p
2、rocess of the well,We often meet the problem that down-hole string can neither pour drive nor Sticking-releasing.at this time,wo need the fishing tools to solve this problem.In the past, we mostly used grinding milling tool to solve it.But grinding milling operation not only spend a very long time b
3、ut also has a low efficiency .and it is not worthwhilein the economy.the casing fishing of this paper designs that make casing cutting and salvage together.This is a fishing tools which use the principle of hydraulic drive to cut and salvage casing. It can not only cutting and salvage casing smoothl
4、y but also solve the shortcomings which exists in grinding milling operations.This paper introduces the working principle of casing fishing tools, structure , the specific design and methods.Key wards: casing cutting, salvage, together / 目 录1 绪论11.1 研究的意义和目的11.2 国外打捞器研究状况11.2.1 国打捞器研究现状11.2.2 国外打捞器研
5、究状况31.3 论文设计的方法61.4创新点72 套管切割器的工作原理82.1 套管切割器的结构原理分析83 套管切割器的分析计算93.1 上接头径中流速的计算93.2 钻井液经过溢流阀时总水头损失的计算93.2.1 溢流阀与下衬套孔槽之间的损失计算93.2.2 溢流阀喷嘴处水头损失的计算123.3 溢流阀两端面压力差的计算173.4 工作时溢流阀受力的计算184 切割器零部件的设计与校核194.1 弹簧的设计与计算194.1.1 小弹簧的设计计算194.1.2 大弹簧的设计计算214.2 弹簧的校核计算244.2.1 小弹簧的强度校核244.2.2 大弹簧的强度校核254.3 剪切销的设计与
6、校核264.4 固定销的设计与校核275 卡瓦打捞器的工作原理295.1 卡瓦打捞器的结构原理分析296 卡瓦打捞器零部件的设计与校核306.1 上接头径面积及速度的计算306.2 液压缸套受力面积计算306.3 液压缸套的受力计算316.4 剪切销的设计与计算316.5 液压缸套的设计与校核326.6 片弹簧的设计与计算336.6.1片弹簧厚度的计算346.6.2 片弹簧宽度的计算35结论38参考文献39致401 绪 论1.1 研究的意义和目的石油被称为黑金也被称为21世纪工业的血脉,石油对于经济的推动作用使世界各国普遍的感到石油的重要,而一些国家的经济腾飞最主要得益于石油的推动。但是不仅在
7、开采石油时要花费大量的金钱,而且随着油田开采时间的延长,油水井套管变形损坏日趋严重,在运营油井时由于产生各种各样的故障轻则要花费大量钱去维修,重则直接不能进行采油,造成了大量的经济损失,因此套管损坏的修理工作是油田开发过程中必须解决的一个重要问题。随着科技的不断发展,各种各样的技术用来维修以及维护井,节约了很多花费。目前最常见的解决故障的方法是通过打捞器。打捞器是钻井,采油及维修作业过程中打捞和回收井被卡,折断或脱扣的金属物的主要工具,落鱼一般分为管状物,块状物和绳状物体,包括钻铤,钻杆,套管,油管,钻头以及金属环,片,钳牙和电缆等。因此需要根据井身结构和落鱼的具体情况,选择应用各种不同的打捞
8、工具实施井下落鱼的解卡和打捞作业,近年来,随着工艺技术的不断进步,打捞工具的研制取得了长足的进步,除了不断改进和优化打捞工具的结构域材料之外,还开发与完善了组合打捞工具,并将连续有关作业设施应用于打捞作业。通过对打捞工具的不断研制,不仅可以解决更多的油井故障,使以前由于井下故障而使油井不能正常工作,或者直接报废的油井可以正常工作,继续产生经济效益,而且由于打捞工具的不断发展,进行打捞作业时所花费时间,金钱也越来越少,打捞的成功率也越来越高,可以使每一口油井产生的效益最大化,保证了石油的正常的供应,保证了国家经济的快速发展。本课题的意义就是设计一种新型的集套管切割和打捞于一体的打捞工具,可以在套
9、管打捞过程中以最小的代价取得最大的经济效益,更好的保证石油的正常供应。1.2 国外打捞器研究状况1.2.1 国打捞器研究现状据调查, 我国生产打捞工具的制造厂商近几年逐渐增多, 初步统计约有10 家,其中有高峰机械厂、石油工具厂、钻探机械厂、华北油田开发作业公司、上风机器厂和井下工具厂等。打捞工具的品种和规格都较以前增加很多,有些产品已实现规格系列化, 除常规的公锥、母锥、打捞矛、打捞筒、打捞篮、打捞环和磁力打捞器外, 还开发出各种先进的磨铣工具、震击器、防卡解卡工具和专用打捞器等, 大大丰富了我国打捞工具的品种和规格。我国勘察应用技术研究所近几年生产了很多中比较先进的打捞器,其中有一种叫做H
10、WC系列万向强磁钻孔打捞器,是其最新研制出的效率高、围广、实用性强,对掉入钻孔的方套、牙轮、钻头、钢铁物及工具都能方便的打捞出来,是目前最理想钻孔打捞设备。优点： 打捞头是钕铁硼材料、体积短、吸力大,又是十字万向连接,吸头可自由倾角找到被打捞物的倾斜面理想吸牢。 打捞头又有柔性软钢丝连接,可在孔底大围摆动寻找被打捞物件。缺点：打捞头从孔打捞出的物件,由于吸力强大,不易取下,反而容易打捞头和被吸物之间把手夹伤,千万注意。常规打捞器和万向打捞器的比较：常规打捞器是钻杆丝扣硬性连接没有倾角,打捞头不但较长而且打捞头的直径和钻孔的直径基本一样才能使用,这就显得效率底、围小,实用性差。它还生产了一种HW
11、D系列电强磁打捞器,通电就有磁,断电就无磁。是其又一新产品,效率高、围广、实用性强、安全可靠。当打捞器在孔把钢铁物吸牢后,地面就有信号显示,由于吸头短,又是十字万向加柔性连接,是钻孔打捞方套、牙轮、钻头、钢铁物件及各类工具的理想打捞设备。我国的宏达石油设备自动化设计公司在打捞器的生产方面也占有很重要的位置,其生产的DLQ型多功能打捞器是集打捞杯、强磁打捞器和一把抓三种功能为一体的新型的碎物、落物组合打捞工具。它具有结构简单、操作方便、安全可靠等优点,能高效、多功能净化井底,是目前清洁井底的最佳工具之一。它还生产了一种机械式割刀机械式割刀,它是一种从井下管柱部切割管子的专用工具,除接箍外可在任意
12、部位切割。在切割作业时,可将可退式卡瓦打捞矛接在割刀上部,待切割完成后,将上部管柱一次提出。此外我国的荣德石油机械也生产了多种先进的打捞器比如,TFDLT型提放式倒扣捞筒,是一种既能抓捞又能倒扣的多功能修井工具。而且它比其它类倒扣工具具有提拉负荷大,退出落鱼不须正转,只须提放工具,即可收回工具的优点,减去了退出落鱼需要旋转工具所需的设备。用于打捞、倒扣井下油管、钻杆等规则的柱形落鱼。以及其生产的可退式卡瓦打捞矛是从鱼腔孔进行打捞的工具。它既可抓捞自由状态的管柱,也可抓遇卡管柱,还可按其不同的作业要求与安全接头,上击器,加速器,管子割刀等组合使用。LLMS型两用伸缩捞矛是一种规格可打捞两个规格油
13、管的打捞工具。该工具有正、反扣型式,正扣用于打捞,反扣用于打捞倒扣。有利于提高打捞作业的工作效率,是修井的理想捞工具。LLMS型两用伸缩捞矛HLMD单滑块打捞矛由上接头、矛杆、卡瓦、锁块等组成。既可打捞具有孔的落物,又可对遇卡落物进行倒扣作业,还可配合其它工具使用。其特点是：结构简单,操作方便,加工容易,可以倒扣便于维修保养。目前国还生产有一种新型的油井作业滚动滑牙打捞器,包括：大小头、上接头、本体、滑牙孔、滑牙、轴、引锥；其特征在于：所述的滚动滑牙打捞器为圆柱体结构,大小头上端为管螺纹,下端外螺纹与上接头螺纹连接,圆柱形本体上端外螺纹与上接头螺纹连接,本体中间设有轴向间开且周向相差120分布
14、的三个滑牙孔,滑牙通过轴固定于滑牙孔。本实用新型结构简单,容易制造,操作方便,打捞冲管安全可靠,缩短油井作业周期,减少作业设备磨损,延长设备使用寿命,节约油料,减轻了工人劳动强度,提高油井生产时率,增加原油产量。尽管我国近些年在打捞器这方面通过引进-仿制-吸收-消化-创新的方法取得了不小的进步,但笔者认为我国在该技术领域与国外相比仍存在较大的差距, 具体表现在以下几个方面。 国打捞工具的品种不齐全, 而在美国仅一个制造厂商就能生产3040 甚至50 多种产品, 而且全部实现规格系列化。 国部分制造厂商欲向专业化生产发展, 但技术力量尚嫌不足。一些密封件和防腐、耐高温材料等不过关, 使用寿命短。
15、 国一些打捞工具是早期引进仿制的, 其结构、材质和制造工艺多年来改进不大, 易损件寿命和耐温性不高, 总的技术水平相当于美国80 年代初中期水平。美国的产品尽管多年来名称和规格未变, 但其部结构、材料应用及制造工艺均在不断改进, 因此产品仍畅销国际市场,受到各国用户的青睐和好评。鉴于以上认识, 对国的发展提出以下建议： 从事钻井和大修作业的科技人员应密切关注国外井下打捞工具的发展动态, 以便根据生产、作业中遇到的问题, 有的放矢地选择适宜的工具, 提高作业效率, 降低作业成本。 国井下打捞工具制造厂商应借鉴国外先进的管理模式, 开展跨行业厂际间的技术合作, 走专业化道路。例如, 当某种新产品设计定型后, 厂家可根据自身的技术实际, 将工作重点放在主体工件和关键零部件以及组装调试等方面, 而对于诸如密封件、易损件和部分对制造技术要求过高的部件, 可通过跨行业厂际间的技术合作方式生产, 制造出质量上乘的产品。1.2.2 国外打捞器研究状况1.2.2.1 国外井下打捞工具的发展有如下特点。 打捞公锥、母锥仍在生产。过去国有些文献报道, 美国已不再生产公锥、母锥, 将其列为淘汰产品。但从新近出版的Composite Catalog of Oil Field E2quipment
