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防喷泵内芯筒的相关强度分析

发布于:2016-10-04 21:02
强度分析

      一般不压井作业,采用油管堵塞器封堵油管,修井作业完成之后,去除油管堵塞器,进行投产。但对于间喷井或溢流井,常规抽油泵没有防喷作用,仍然可能发生井喷。中原油田采油四厂研制了不压井作业专用防喷泵,既能起到常规抽油泵的抽吸功能,又能在起下管柱作业式中起到油管堵塞器的作用,且正常投产后,如果再发生井喷现象,它仍然能起到防喷作用,能够较好的配合不压井作业。下面对防喷泵内心筒进行详细的强度分析
      图为管式防喷抽油泵结构示意图。柱塞总成与常规泵相同,采用螺纹连接,泵筒接头及泵筒与常规泵相同,防喷作业总成主要采用双球座、一球两用及自锁装置等原理装配,由管螺纹连接而成,防喷作业总成,既有防喷作业功效,球被打入下腔后又可做进油阀,实现正常排液功能。防喷装置阀球和固定凡尔球为同一球,一球两用,下泵过程中球在上部,与上密封面是密闭的,井内流体不能进入油管,抽油泵和抽油杆下到设计深度后,将泵的活塞提出工作筒外,连接好井口三通和放喷盒,对泵管柱正打压8-10MPa,将防喷阀球推出上止点,打入密封腔防喷阀球球座。防喷阀球被打下后,特制弹簧压缩,将4个小球卡死在弹簧座内,形成锁紧状态,保证防喷阀球不会被反抽吸到上密封腔位置,实现防喷阀球总成的抽吸功能,完井开抽生产。
      在使用防喷泵的过程中,由于会受到井喷影响,地层压力可能会很大,致使防喷泵的防喷作业总成发生破坏。其中,内芯筒因为受到防喷阀球、钢球,弹簧座的共同作用,它受到变形和破坏的可能性最大,因此利用ANSYSApp对内芯筒进行强度分析。为保证管式防喷抽油泵的结构设计要求,利用Pro/ENGINEERApp对防喷阀作业总成结构进行实体建模,再利用ANSYSApp对内芯筒进行4面体的网格划分如图,并且对筒体施加约束与加载如图,利用有限元分析结构计算理论对实体结构进行分析。以油田95-77井数据为例,防喷作业总成内芯筒直径小38mm,壁厚8mm,弹簧座内径小54外径小64mm,弹簧对弹簧座的压力最大为0.39MPa,弹性模量2.1x105MPa,泊松比0.3,防喷阀球直径小38mm,钢球直径小12mm,设计中材料为45钢。根据内芯筒结构和所受载荷的特点,将内芯筒上部端面和下部底面作为约束边界,在同比上施加均布载荷,取内芯筒半剖图如图所示。
      分析结果内芯筒受到8MPa压力的情况下,内芯筒壁最大压力5.3MPa远小于抗拉强度620MPa,使用可靠性可以保证。筒壁孔处与钢球相互作用,所以钢球上受到的最大压力也为15.6MPa,最小压力为3.6MPa,大于弹簧对弹簧座的最大压力0.39MPa,保证能够将防喷阀球推出上止点,打入密封腔防喷阀球球座,实现防喷作业总成的正常抽吸功能。
      不压井防喷泵的结构设计简单合理,功能更加完善,安全性能可靠;通过有限元分析AppANSYS对防喷作业总成关键部件内芯筒进行强度分析,验证了其结构设计参数的合理性,内芯筒直径小38mm,壁厚8mm,能够承受打压8MPa所产生的冲击而不会失效变形,并且它的防喷和排液功能得到了验证,能良好的配合不压井作业装备。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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