压缩式封隔器胶筒耐温耐压浅析

胶大

随着井深的增加，原有封隔器胶筒已远不能满足深井和超深井酸化、压裂和堵水等施工工艺的需要。笔者就胶筒设计原理、受力状态及力学特征，结合室内试验数据，对胶筒最重要的两个指标——工作温度和工作压差进行了初步的分析，以寻求提高封隔器胶筒耐温和耐压性能的有效途径。
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* f" ]# V9 w+ G1 a: k; l9 U2 t8 H压缩式胶筒结构参数设计
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. c6 {' `9 s/ ~" F　　1.胶筒结构参数的确定
" ?6 T" b6 R* ~. D2 f5 P6 c* Y　　目前国内外所用压缩式胶筒均为柱状结构，主要结构参数为外径、内径和高度。假设胶筒压缩前后体积不变可得
　　　　　　　　　　　　π(R22-R21)H=π(R23-R21)(H-ΔH)　　(1)
式中　R1——胶筒内半径,cm;
% x0 i. d& z& y　　　R2─—胶筒外半径,cm;
　　　R3─—套管内半径,cm;
4 a# K2 y  q1 w5 F/ D, W9 R　　　H─—胶筒自由高度,cm;
$ D( e! A- `0 G　　　ΔH─—压缩距,cm。
! p7 v" ~0 P% r2 M6 b7 H: Y" c两端除以H整理后得
4 k  I1 X( I; z1 l  @9 M　　　　　　　　　　　　　R22-R21=(R23- R21)(1-ΔH/H)　　(2)
% S2 S" S0 S% t! Q& N/ g9 Q　　胶筒的线应变ε
　　　　　　　　　　　　　　　　　　ε=ΔH/H　　(3)
0 w2 c) E1 f. f　　将式（3）代入式（2）得
　　　　　　　　　　　　　　　R22-R21=(R23-R21)(1-ε)　　(4)
8 u/ ~' Q; o: F! E. E　　橡胶的允许应变［ε］应小于0.3，一般取0.25。
2 g9 B$ f  `4 r0 X- b　　式(4)中，套管内半径R3为确定值，胶筒外半径R2可根据封隔器允许最大外径确定，内半径R1可根据中心管允许最小外径确定，则可计算出ε，而ε=(H-H0)/H(H0为胶筒工作状态下的高度,可通过受力分析计算得出),根据H0，就可计算出胶筒的自由高度H。
　　2.胶筒结构参数对耐压性能的影响
6 }0 ?* N4 `* v- j. ?. N　　常用胶筒结构参数见表1。从表中可以看出，线应变ε为0.47的封隔器胶筒，其耐压指标很难提高（ε虽然不是胶筒的结构参数，但它是胶筒结构参数的综合反映）。而φ148mm胶筒，在内径为157mm套管中比在内径为161mm套管中耐压差性能好。实践证明，ε越小越好。在一定套管内，这就要求增大胶筒外径或减小胶筒内径，而这两项指标受封隔器尺寸限制，不便改动。但对于耐温、耐高压的特种封隔器，其外径应灵活掌握。如对于内径124mm的φ139.7mm套管，7m长的电泵电动机外径可达φ116mm，30多米长的机组轴向投影尺寸达φ120mm，都能顺利安全起下，那么对于1～2m长的封隔器外径为什么不能提高到φ116～φ118mm呢？如果这样，ε可降为0.17～0.21，其耐压指标则可上一个等级。

+ s8 ?- ~* b9 j1 C" n/ d6 T3 \　　(3)增大坐封力T，可以提高接触应力，但T的增大是受限制的。这是因为胶筒座与套管间有一定间隙，若轴向力太大，则胶筒肩突太多，超过其抗撕裂强度时胶筒易损坏而失效。从这个角度考虑，承受高压的胶筒应采用肩保。
, a' r8 x" w9 U$ I" Z结论与建议
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　　(1)封隔器胶筒的耐温性能与材质密切相关，对于耐温和耐压不高，或工作温度较高而工作时间较短的胶筒，可优先选用丁腈橡胶。对于耐温和耐压要求较高的胶筒，则应考虑选用氢化丁腈橡胶。
　　(2)封隔器胶筒的耐压性能除受材质的影响之外，还受胶筒结构尺寸、胶筒座外径和肩保等影响。在现有胶料性能不高的情况下，采取扩大胶筒座和胶筒外径，以及加肩保的方法来提高胶筒的耐压性能不失为一条捷径。
　　(3)胶筒坐封力的方向最好与其受压方向一致，如果封隔器承受下压，应从下往上压缩胶筒；如果封隔器承受上压，应从上往下压缩胶筒；如果封隔器两端要求耐压一样，则最好从两端同时压缩胶筒，否则，胶筒虽能工作，但寿命大为降低。
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作者简介：陈爱平,助理工程师,生于1966年,1987年毕业于重庆石油学校矿机专业,现从事井下工具研究工作
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+ S0 g8 b+ s' u. D作者单位:江汉石油管理局采油工艺研究院

) ^  Z! }. z- L+ l! w$ a5 u参考文献

　[1]　橡胶工业手册编写小组.橡胶工业手册（第一分册）.北京：石油化学工业出版社，1976：163，252～253
# l! @+ Z' o9 I: p* k! k　[2]　郑长伟.日本瑞翁公司氢化丁腈橡胶的性能及应用介绍.橡胶工业,1995,42(6):342～344
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2007-3-7 22:23 上传

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yang-z-x

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凌空游侠

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gzsgaint

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nothingjm

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a306141258

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zym1215

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