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一般不壓井作業(yè)，采用油管堵塞器封堵油管，修井作業(yè)完成之后，去除油管堵塞器，進(jìn)行投產(chǎn)。但對于間噴井或溢流井，常規(guī)抽油泵沒有防噴作用，仍然可能發(fā)生井噴。中原油田采油四廠研制了不壓井作業(yè)專用防噴泵，既能起到常規(guī)抽油泵的抽吸功能，又能在起下管柱作業(yè)式中起到油管堵塞器的作用，且正常投產(chǎn)后，如果再發(fā)生井噴現(xiàn)象，它仍然能起到防噴作用，能夠較好的配合不壓井作業(yè)。下面對防噴泵內(nèi)心筒進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度分析。
圖為管式防噴抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖。柱塞總成與常規(guī)泵相同，采用螺紋連接，泵筒接頭及泵筒與常規(guī)泵相同，防噴作業(yè)總成主要采用雙球座、一球兩用及自鎖裝置等原理裝配，由管螺紋連接而成，防噴作業(yè)總成，既有防噴作業(yè)功效，球被打入下腔后又可做進(jìn)油閥，實(shí)現(xiàn)正常排液功能。防噴裝置閥球和固定凡爾球?yàn)橥磺颍磺騼捎茫卤眠^程中球在上部，與上密封面是密閉的，井內(nèi)流體不能進(jìn)入油管，抽油泵和抽油桿下到設(shè)計(jì)深度后，將泵的活塞提出工作筒外，連接好井口三通和放噴盒，對泵管柱正打壓8-10MPa，將防噴閥球推出上止點(diǎn)，打入密封腔防噴閥球球座。防噴閥球被打下后，特制彈簧壓縮，將4個(gè)小球卡死在彈簧座內(nèi)，形成鎖緊狀態(tài)，保證防噴閥球不會(huì)被反抽吸到上密封腔位置，實(shí)現(xiàn)防噴閥球總成的抽吸功能，完井開抽生產(chǎn)。
在使用防噴泵的過程中，由于會(huì)受到井噴影響，地層壓力可能會(huì)很大，致使防噴泵的防噴作業(yè)總成發(fā)生破壞。其中，內(nèi)芯筒因?yàn)槭艿椒绹婇y球、鋼球，彈簧座的共同作用，它受到變形和破壞的可能性最大，因此利用ANSYS軟件對內(nèi)芯筒進(jìn)行強(qiáng)度分析。為保證管式防噴抽油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，利用Pro/ENGINEER軟件對防噴閥作業(yè)總成結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體建模，再利用ANSYS軟件對內(nèi)芯筒進(jìn)行4面體的網(wǎng)格劃分如圖，并且對筒體施加約束與加載如圖，利用有限元分析結(jié)構(gòu)計(jì)算理論對實(shí)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。以油田95-77井?dāng)?shù)據(jù)為例，防噴作業(yè)總成內(nèi)芯筒直徑小38mm，壁厚8mm，彈簧座內(nèi)徑小54外徑小64mm，彈簧對彈簧座的壓力最大為0.39MPa，彈性模量2.1x105MPa，泊松比0.3，防噴閥球直徑小38mm，鋼球直徑小12mm，設(shè)計(jì)中材料為45鋼。根據(jù)內(nèi)芯筒結(jié)構(gòu)和所受載荷的特點(diǎn)，將內(nèi)芯筒上部端面和下部底面作為約束邊界，在同比上施加均布載荷，取內(nèi)芯筒半剖圖如圖所示。
分析結(jié)果內(nèi)芯筒受到8MPa壓力的情況下，內(nèi)芯筒壁最大壓力5.3MPa遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度620MPa，使用可靠性可以保證。筒壁孔處與鋼球相互作用，所以鋼球上受到的最大壓力也為15.6MPa，最小壓力為3.6MPa，大于彈簧對彈簧座的最大壓力0.39MPa，保證能夠?qū)⒎绹婇y球推出上止點(diǎn)，打入密封腔防噴閥球球座，實(shí)現(xiàn)防噴作業(yè)總成的正常抽吸功能。
不壓井防噴泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單合理，功能更加完善，安全性能可靠;通過有限元分析軟件ANSYS對防噴作業(yè)總成關(guān)鍵部件內(nèi)芯筒進(jìn)行強(qiáng)度分析，驗(yàn)證了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，內(nèi)芯筒直徑小38mm，壁厚8mm，能夠承受打壓8MPa所產(chǎn)生的沖擊而不會(huì)失效變形，并且它的防噴和排液功能得到了驗(yàn)證，能良好的配合不壓井作業(yè)裝備。
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