毕业设计任务书

设计任务和要求1、气井安装这种自动防喷器后，不能影响正常的产量，即在最大产气量时，装置不得关闭。

2、该自动防喷器能够在130℃和132MPa的地质条件下可靠工作。

3、该自动防喷器关闭灵敏度要高。

一旦井口设备失控，必须立即关闭。

井口修复后，能可靠地打开，继续进行生产。

4、在正常生产过程中，该自动防喷器不能因为少量出砂、出油或出水而失灵。

5、该自动防喷器在含有H2S、CO2较高的井中能长期工作，不会因腐蚀而失效。

工作寿命为5年。

6、该自动防喷器能够满足压井、替液求产、封隔器座封等工艺要求任务说明书包含的内容1、自动防喷器主要设计参数确定2、自动防喷器的结构设计，作总装配图。

3、自动防喷器主要零部件的结构设计，作零件工作图。

1）中心管2）筒式滑阀部件3）控制弹簧4）高低压密封4、自动防喷器的安装5、自动防喷器的工作原理6、自动防喷器性能参数及相关计算。

7、总结井下自动防喷器的特点，编写设计计算说明书。

进度规划1）防喷器总体设计根据确立的设计方案进行总体设计，按GB/T14689-1993绘制防喷器总装配图2）主要零部件的结构设计按GB/T14689-1993绘制零件工作图中心管；阀体压帽；阀体；密封座；控制弹簧；外筒；下接头目录前言 (1)设计意义 (2)设计总论生产现场对安全装置的要求主要设计参数确定 (3)技术设计情况防喷器结构设计主要零部件的结构设计防喷器的安装防喷器工作原理自动防喷器特点及应用 (4)设计计算性能参数及相关计算结论 (5)参考文献 (6)前言天然气不仅是清洁能源，而且是极为重要的廉价化工原料，越来越受到人们的重视。

随着对天然气开发规模的扩大，安全生产问题越来越显得重要。

因为气井的压力一般较油井高，许多在40MPa以上。

南疆油田的气井压力有的竟高达100MPa以上。

井口一旦失控，其后果就不堪设想。

北海油田的油气井泄漏引发的一场大火，燃烧了数月之久，夺去了178条生命；战争使科威特的油气井燃烧了数月，为灭火付出了巨大代价；四川的气井失控危及到数万人的生命安全。

一次次气井喷漏事故给人们造成的生命和财产损失触目惊心。

目前的油气开发与油气生产作业中，虽然制定了一整套安全操作规程，运用了一系列的电控、液控、气控等防喷安全设备，但在遇到不可预知的随机因素时，失控事故时有发生。

值得指出的是，处于正常生产中的气井失控事故是随机的，很长时间都不发生一次。

所以，对防喷安全设备维护管理的懈怠往往是发生恶性事故的主要原因。

为此，有必要设计一种全通径式井下自动防喷器，将它安装在适当位置。

在正常生产中，不影响正常生产，且能够进行全井深的测井、洗井、冲砂等作业。

不论何时、何原因造成井口失控，它都能立即实现井下自动关井，从而防止事故的扩大和蔓延，最大限度地减小事故损失，并给井口修复留有足够的时间。

一、设计意义1、理论意义：1）装置利用流量和弹簧自动控制开关动作，属于纯机械控制。

能在井口失控的瞬时实现井下自动关井，不会因为电控系统或液控系统或气控系统的故障而错过最佳关井时间，造成恶性事故。

2）利用高压气密油管扣、超高压组合密封、锥面接触、紫铜垫可实现装置高压密封。

3）装置采用径流式滑套阀芯结构，使生产管柱具有全通径，在正常生产时不会妨碍全井的测量、洗井、冲砂等修井作业。

4）按API最高级别防硫化氢标准，主要零件采用高强度、耐硫化氢腐蚀的材料0Cr17Ni4Cu4Nb，承压能力高，使用寿命长。

2、应用价值：本课题综合应用机械设计及计算理论完善设备功能，使设备集简易性、耐压性、耐热性、耐蚀性、灵敏性、自动性于一体，确保油田的采气井、尤其是高压气井的安全生产，研究与制造井下自动防喷器势在必行。

安装井下自动防喷器的气井在正常生产情况下，能够实现全井测试、洗井和冲砂作业；且能在地面设备发生严重泄漏事故时，及时、可靠地实现地下自动关井，最大限度地限制了事故的蔓延，是高压采气井必须具备的安全设备。

该设备能在高温、高压、高硫化氢、二氧化碳含量的气井中自动有效的工作，确保人民的生命和财产安全。

二、设计总论1.生产现场对安全装置的要求经过大量的调研，总结出生产现场对井下安全装置的要求如下：a) 安装气井安全装置后不能影响正常的生产。

b) 在发生井喷，或产气量大于生产要求的流量时，装置应立即自动关闭，且关闭灵敏度要高。

c) 井口修复后，装置能可靠地打开，继续进行生产。

d) 装置必须能够在130℃和132MPa 的地质条件下可靠工作。

e) 在正常生产过程中，不能因为少量出砂、出油或出水而失灵。

f) 在含有H 2S 、CO 2的井中能长期工作，不会因腐蚀而失效。

2.主要设计参数确定根据调研和网上查阅情况分析，目前我国的高压气井以库尔勒油田的气井为典型代表：最大地层压力为132MPa ，生产油压为70－80MPa ，要求产气量为（20－500）×104m 3/d （标准立方米，以下相同）。

地层温度为70℃－130℃。

川东北普光油田的最大H 2S 含量为200g/m 3以上。

为此，确定本设计的主要参数为：a) 最大允许产气量Q max ＝500×104m 3/d ；b) 最大工作压力P max ＝132MPa ；c) 防喷器的正常生产流压为80MPa ；d) 防喷器的环境工作温度为130℃。

e) 采用API 推荐的最高一级的防硫级别。

f) 工作寿命为5年三、技术设计情况1.防喷器结构设计结构设计的目的在于提供一种结构简单、安全可靠、无需人为控制的“傻瓜式”井下安全防喷器。

根据以上要求，经大量的分析、计算，最后确定的结构设计方案如图1所示。

主要有中心管1、下接头11、外筒7、控制弹簧9和筒形滑阀部件（由2、3、4、5组成）构成。

整体采用有弹簧控制的径流式滑阀结构，以保证整个防喷器具有上下畅通的通孔，以便于全井测井、冲管冲砂和洗井的需要。

在封隔器座封和正常生产时，由密封圈6和8承受封隔器座封压力和正常生产压差；在井口失控、筒形滑阀部件压缩弹簧9实现关井时，由超高压组合密封3和密封座5与外筒7的上端锥面形成的锥面密封承受底层的超高压力。

整体设计中还考虑到能够克服生产中造成的砂埋和沙卡问题。

2.主要零部件的结构设计中心管1的上端加工有与调节管连接的FOX 型高压气密油管扣（日本专利技术），以实现与管柱的密封连接；下端的细牙螺纹与下接头11连接，用以确定控制弹簧9与环阀部件的工作空间；中段上部为光滑密封面，与超高压组合密封3形成密封；中部开有四个气流通道A ，用以提供径向气流通道；下部开有泄砂孔B ，以便随时卸掉进入弹簧工作抢你的沙粒。

筒式滑阀部件由阀体压帽2、超高压组合密封3（沈阳密封元件厂专利技术）、阀体4和密封座5组成。

压帽2为超高压组合密封的装配提供方便；阀体4作为筒形滑阀的主体；中部开有四个径向节流孔C ，它图1 全通径井下自动防喷器结构示意图1-中心管；2-阀体压帽；3-超高压组合密封；4-阀体；5-密封座；6-密封圈；7-外筒；8-密封圈；9-控制弹簧；10-密封垫；11-下接头。

与气流通道A 和外筒7的相对位置的不同，决定了地层产气量的大小；密封座5过盈装配在阀体4上，具有内锥面。

当井口失控、防喷器内外压差过大时，在压差的作用下，整个滑阀组件克服弹簧9的弹力，坐落在外筒7上端，密封座5内锥面与外筒7上端外锥面紧密结合，形成超高压密封。

控制弹簧9控制环阀部件的工作位置。

准确设计的弹簧力能够使滑阀在正常生产中不关闭，而只有在过大产量时才允许滑阀关闭。

由于空间的限制，本设计采用矩形钢丝截面弹簧。

密封圈6和8形成两道低压密封。

外筒7上端加工有光滑外锥面，与密封座5的内锥面构成关闭时的高压密封；下部有细牙内螺纹，与下接头11连接，借助于紫铜垫10实现高压密封。

下接头11下端加工有FOX 型高压气密油管扣，便于与下封隔器连接。

3.防喷器的安装如图2所示。

管柱自下而上为：下封隔器+自动防喷器+轴向距离调整管+上封隔器+生产管柱至井口。

在压井状态下，下入管柱，并使两封隔器分居射孔段上下；安装好井口装置，正替液至产气层以上，座封封隔器。

气井生产中，该生产管柱一般保留在井下，使油套环空中保留压井液，以保护套管，免受H 2S 腐蚀。

诱喷正常后该防喷器就处在工作状态。

4.防喷器工作原理封隔器封后、诱喷之前，井底压力与产气层压力平衡，环阀部件上下压力相等，控制弹簧9的预压力将滑阀部件推向上死点，阀体上的节流口C 与中心管上的气流通道A 错开，防喷器处于关闭状态，气层不产气。

替液诱喷时，井底压力降低。

当该防喷器内外压差大于0.4MPa 时，环阀部件在压差作用下压缩控制弹簧9下行，使节流口C 与气流通道A 相同，该防喷器处于工作状态。

通过节流口C的流量越大，压差越大，滑阀部件压缩弹簧的下行量越大；只要气流量不大于防喷器的最大限定流量，开关总处于开启状态，进行正常生产。

正常生产时，防喷器内外生产压差较小，由氟胶密封圈6封住。

如果底层少量出砂，则其被带进井底口袋。

由于防喷器直接与下封隔器相接，防喷器外部的积砂很少；落到弹簧工作腔里的沉砂可随时从泄砂孔B 泄进井底口袋，以免影响弹簧工作。

不管何时，何种原因使井口失控时，流过节流口C 的气流量骤然增大。

防喷器内外产生很大压差，在压差的作用下，环阀部件克服弹簧力迅速下降，密封座5扣合在外筒7的外锥面上，形成超高压密封，防喷器关闭，底层停止产气。

此时不仅避免了井喷事故的发生，而且还可以在井口进行安全的施工作业。

由于该防喷器的为全通径，允许测井或冲砂至井底。

在洗井或冲砂作业时，井底压力大于底层压力或小于底层压力5MPa 以下时，该防喷器均处于关闭状态，可防止洗井液进入地层。

压井状态、关井状态或替液状态下，由于生产管柱内压大于或等于底层压力，阀体在弹簧力的作用下处于上死点位置，节流口C 与通道A 错开，防喷器处于关闭状态，如图1所示。

各密封面处于低压差下工作。

完成井口作业后，关严井口5～8小时，或向井内打压至地层压力,并保压10分钟后，控制弹簧9可以使环阀部件复位，恢复正常生产。

5.自动防喷器特点及应用a ）该防喷器采用径流式滑套阀芯结构，使安装有该防喷器的生产管柱具有全通径，在正常生产时不会妨碍全井的测量、洗井、冲砂等修井作业。

b) 该防喷器采用流量和弹簧自动控制其开关动作，属于纯机械控制。

能在井口失控的 瞬时实现井下自动关井，不会因为电控系统或液控系统或气控系统的故障而错过最佳关井时间，造成恶性图 2全通径井下自动防喷器安装事故。

c) 该防喷器从结构上避免在密封面和弹簧上积砂，以保证了密封的可靠和弹簧的灵活。

截流口与密封面分开，即使流体对截流口的冲蚀严重，也不会影响密封。

d) 按API 最高级别防硫化氢标准，该防喷器主要零件采用高强度、耐硫化氢腐蚀的材料0Cr17Ni4Cu4Nb ，承压能力高，使用寿命长。