歇福尔13_5_8_球形胶芯防喷器的设计探讨

下 ,配合面上所能产生的轴向最大摩擦阻力为 F : F = fN = fPf S =πfx Pf df lf
图 2 变形 - 压强曲线
3 结 论
歇福尔 ( Shaffer) 13 - 5 /8"球形胶芯防喷器目前 应用于塔里木油田井口组合 ,受气候环境因素影响 , 尤其是风沙较大且井口压力较高时 ,其内部各组件 的密封情况是需要解决的核心问题 。可以将其内部 活塞部位较薄弱环节 (动作频繁且承载较集中 ) 加 以改进 ,考虑到较高温度和耐磨性选择材料等因素 , 结合实验数据进行强度计算 ,可为现场设备的安装 维护提供参考 。
图 1 增加刮泥环结构
表 1 HNBR的力学性能
300%定伸
邵氏硬度
拉伸强度
应力 /M Pa
扯断伸 长率 / %
室温下 回弹率
过氧化物
76
22. 3
31. 3
391
32
有效硫化
75
17. 8
28. 4
390
41
无硫硫化
77
16. 9
26. 8
445
38
氢化丁睛橡胶具有很好的耐高温性 ,在 150℃
ห้องสมุดไป่ตู้
环形防喷器 ,也叫万能防喷器或球形防喷器等 , 简称球形 ,是井控装置的重要组成部分 ,主要用于钻 井 、修井 、试油等作业中控制井口压力 ,防止井喷事 故的发生 。环形防喷器一般与闸板防喷器配套使 用 ,也可单独使用 。它在关井后能小幅度地活动钻 具 ,可密封各种尺寸及形状不规则的管柱或工具 ,可 全封闭井口 。工作时一旦发生泄漏 ,小泥浆进入活 塞总成 ,将会对活塞与耐磨环接触面造成致命伤害 , 甚至影响整个钻井进程 。尤其是在密封含有磨砺性 固体颗粒的介质 (如钻井泥浆 )时 ,如果无冲洗液或 防护密封以防止固体物质进入其密封面 ,将会产生 严重磨损 。另外 ,对振动较敏感 ,由冲击引起的强烈 振动可以使密封摩擦面很快磨损 。
球形胶芯环形防喷器在打开时 ,高压油从壳体 上部油口进入活塞上部的开启腔 ,推动活塞下行 ,作 用在胶芯球面上的挤压力消除 ,胶芯在本身弹性力 作用下逐渐复位 ,达到开井的目的 。
2 活塞及密封的结构特点
2. 1 密封结构的特点 歇福尔球 形胶 芯防喷 器 各 部 位 密 封 类 型 繁
杂 ,随出厂日期及规格不同而有所差异 。歇福尔 球形胶芯防喷器的密封共分 3 个部位密封 : 活塞 外径密封 部位 (在 活塞 外 径 上 , 封 隔 油 缸 开 关 两 腔 ) 、活塞内径密封部位 (在壳体上 ,封隔井压与关 闭腔 ) 、密封环密封部位 (在密封环上 ,封隔井压与 开启腔 ) 。这 3 个密封部位的活动密封件在 1974 年以前 ,采用组合密封圈 ,即 U 形圈夹 O 形胶条 。 国内现有的 13 - 5 /8"球形胶芯防喷器属此类结 构 。从 1974年起 ,为了防止密封处夹泥砂而造成 拉缸及密封失效等缺点 ,已将部分防喷器的组合 密封圈换成双唇密封圈 。1976 年 10 月以后生产 的所有歇福尔球形胶芯防喷器 ,内径密封部位和 密封环密封部位的第一道密封 (封井压的那一道 ) 均采用双唇密封圈代替组合密封圈 。 2. 2 活塞的结构特点
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陈雪童 ,李军刚 ,王坚 ,朱园园 :歇福尔 13 - 5 /8"球形胶芯防喷器的设计探讨
采用刮泥 环 结 构 。此 结 构 在 活 塞 往 复 运 动 过 程 中贴合活塞 作用 , 刮除 其表 面回 返泥 浆 (含 小 颗 粒沙石等 ) 。装配时 ,可将其一端楔入隔离环内 , 其呈圆台倒置于活塞外表面上 ,装配采用小过盈 配合 ,保证除沙过程完全可靠 。材料可选用近年 来开发出的新型耐磨耐温材料 ,如氢化橡胶添加 少量铬的刚合金硫化而成 (如氢化丁睛橡胶 HN 2 BR 或聚氨脂橡 胶 ) 等 。不 同 硫 化 体 系 下 , HNBR 的力学特性见表 1。
M icrophone Pha se Error Correction of Acoustic In ten sity M ea surem en t
W EN Cheng Q IN S hu2ren (Chongqing University, Chongqing 400030)
Abstract:Acoustic intensity measurement system based on two2m icrophone acoustic intensity p robe. Acoustic inten2 sity can be calculated by acoustic p ressure signal measured by two2m icrophone. The m icrophone phase m ismatch error is the m ain error factor of acoustic intensity measurement system. The main reason of the phase error p roduced by the two2m icrophone acoustic intensity measurem ent system is discussed. The m icrophone phase m ismatch error affects the m easurem ent results. Som e possible app roaches to reduce the two - m icrophone acoustic intensity meas2 urement system phase m ism atch error were given. Finally, the method’s feasibility are discussed. Key words: acoustic intensity m easurement; two2m icrophone; phase error; correcting m ethod
参考文献 [ 1 ]秦树人. 机械测试系统原理与应用 [M ]. 北京 :科学出版
社 , 2005.
[ 2 ]周广林 ,陈剑 ,毕传兴 ,等. 点声源声场两种声强计算方 法误差分析 [ J ]. 仪器仪表学报 , 2004, 25 (2) : 2082211.
[ 3 ]甘长胜 ,陈心昭 ,许滨. 现场修正声强测量系统相位失配 误差方法研究 [ J ]. 合肥工业大学学报 , 1998, 21 (3) : 127.
1 工作原理
球形胶芯环形防喷器在关闭时 ,高压油从壳体 下部油口进入活塞下部的关闭腔 ,推动活塞上行 ,活 塞又推动呈半球状的密封胶芯上行 。由于受到半球 形顶盖的限制 ,胶芯在上行过程中被迫沿着顶盖球 面向上 、向井口中心移动 ,直至支承筋间橡胶被挤出 而抱紧钻具或全封闭井口 ,最后达到封井的目的 。
Error by M icrophone Calibration [ J ]. JASA , 1981, 69: 3072310. [ 9 ]陈心昭 ,李登啸 ,刘征宇 ,等. 利用残余声强校正双传声 器测量系统相位不匹配误差的研究 [ J ]. 仪器仪表学报 , 1995, 16 (2) : 1302134. [ 10 ]李毅民. 数字化声学测量技术 Ⅱ:数字式声强及声功率 测量系统 [ J ]. 应用声学 , 1995, 14 (3) : 44246.
歇福尔 13 - 5 /8"球形胶芯防喷器的设计探讨
陈雪童 1 李军刚 2 王 坚 1 朱园园 1
(1. 西南石油大学 ,成都 610500; 2. 塔里木油田工程技术部 ,库尔勒 841000)
摘 要 :旋转防喷器是实施欠平衡压力钻井的关键设备 。针对歇福尔 13 - 5 /8"活塞与隔离环连接密封部位的结构 加以改进 ,增设去除沙石单元 。通过实验数据合理选择材料 ,结合工况条件下的理论计算公式进行强度校合 。 关键词 :氢化丁腈橡胶 ; 活塞 ; 过盈配合 ; 环形防喷器 中图分类号 : TE902 文献标识码 : A 文章编号 : 167321980 (2008) 0520090202
(3)活塞外圆柱面上粘贴有二道耐磨环 (壳体 与活塞内圆柱孔配合处也有一道耐磨环 ) 。它避免 了活塞运动过程中金属与金属的直接接触 ,保护壳 体与活塞 。耐磨环磨损以后 ,可以更换 。 2. 3 受损情况分析及解决办法
根据上述情况提出结构改进 。如图 1 所示 ,
收稿日期 : 2008206220 作者简介 :陈雪童 (19822) ,男 ,沈阳人 ,硕士研究生 ,研究方向 :石油与天然气装备工程与控制 。
接 ,首先通过实验数据拟合变形量 (过盈量 ) - 结合
压强关系曲线如图 2所示 。
插值后拟合公式为 :
Pf
=
1
105Δ 000 ×0.
057
式中 : Pf 为结合面压强 ,M Pa; Δ为过盈量 , mm。
当活塞进行往复开关动作时 ,由于沙石的侵
入 ,联接传递轴向摩擦力 F 在活塞表面上并阻碍
其产生轴向滑动 。在施加在活塞油压载荷的作用
式中 : Pf 为配合面压强 , M Pa; f 为摩擦系数 ; df 为配合面中径 , mm; lf 为配合长度 , mm。
为确定 f ,利用压入配合 (用压入法实现的联 接 )试验 ,测得内外圆柱均为 30mm、表面粗 糙度 处于 0. 63 ～1. 25μm、过盈量 Δ取 80μm 的时候 , 摩擦系数 取 f 为 0. 164。同 时 , 参 照 活 塞 设 计 尺 寸 ,并以此情况下的计算所得 Pf 代入 ,得到的挡 泥环所承受载荷强度下 ,此环状物抗弯变 形很 小 ,达到强度要求 。
(下转第 95页 )
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文成 , 秦树人 :声强测量中传声器相位误差修正
4 结 论
分析了双传声器声强测量系统存在着两传声器 间相位差的必然性 ,得出了相位失配误差是影响声 强测量精度主要因素的结论 。
减小两传声器间距 ,会减小系统原理误差 ,但相 位失配误差却大大增加 。因此要综合考虑各种因 素 ,寻找最佳间距 。仅靠提高测量仪器精度来减小 相位失配误差是不够的 ,一方面这会导致测试成本 急剧增加 ,另一方面也限制了仪器的适应范围 。因 此 ,采取适当的措施来修正相位失配误差是必要的 。
[ 6 ]Chung J Y. Cross - Spectral M ethod of M easuring Acoustic
Intensity W ithout Error by Instrument Phase M ismatch [ J ]. JASA , 1978, ( 64) : 1 61321 616. [ 7 ]陈继康 ,张益. 声强探头相位误差的电补偿技术 [ J ]. 应 用声学 , 1994, 14 (6) : 26228. [ 8 ] Krishnappa G. Cross - Spectral M ethod of M easuring A2 coustic Intensity by Correcting Phase and Gain M ismatch
为确定试验测得内外圆柱均为30mm表面粗糙度处于得到的挡泥环所承受载荷强度下shaffer138球形胶芯防喷器目前应用于塔里木油田井口组合受气候环境因素影响尤其是风沙较大且井口压力较高时其内部各组件的密封情况是需要解决的核心问题
第 10卷 第 5期 重庆科技学院学报 (自然科学版 ) 2008年 10月
五种相位失配误差修正方法都有一定的局限 性 ,从而限制了这些修正方法的适用范围 ,测量时可 根据实际情况进行合理选择 。特别是采用以计算机 为核心的数字化声强测量系统的计算机程序来修正 误差 ,可以充分利用计算机的计算灵活性 ,从而很大 程度上推动了相位失配误差修正方法的研究和应 用 ,具有极大的发展潜力 。
参考文献 [ 1 ]符杰. 过盈配合的摩擦系数研究 [ D ] . 大连 : 大连理工
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热空气中 ,至少需要 42 d后伸长率才能降至原来的
一半 ,这期间的抗伸强度几乎没有变化 。在实际应
用中 , 氢化丁睛橡胶硫化后的高温机械性能甚至堪
比含氟的高聚物 。此外 ,它还具有良好的耐磨性 、抗
腐蚀性 、高压下的外型稳定性等 。
刮泥环与活塞采用过盈配合 ,因二者均为倾角
很小的空心筒状结构 ,故可将其简化为圆柱过盈联
[ 4 ]董为民 ,季庸惠. 声强测量中相位失配误差及校正方法 [ J ]. 西南林业学院学报 , 1996, 19 (2) : 1312134.
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( 1 )活塞的径向断面呈“Z”形 ,行程短 ,高度 低 ,径向尺寸大 。故球形胶芯防喷器较其他类型 防喷器高度小 ,横向尺寸大 ,关 (开 ) 一 次所 需液 压油多 。
(2)活塞高度低 ,扶正性能差 。特别是封闭时 , 活塞处于上部位置 ,上 、下两支撑扶正处距离更小 , 容易造成卡死 、拉缸及偏磨 。在国内近几年现场使 用过程中 ,巳发现多次拉缸现象 。