井下打捞器的设计(毕业论文).doc

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1、摘 要目前，随着各大油田钻井逐年增多，我国投产的油、气、水井总数已有十几万口，大多数油、气田已相继进入开发的中后期。随着投产时间的延长和作业次数的增加，井况变差，作业井和待修井逐年增多，打捞器是修井作业中不可缺少的工具。本论文提出的方案为设计LTC型卡瓦打捞筒的总体结构、基本原理及对原有型号的LTC型卡瓦打捞筒进行适当的改进，使其与原有型号LTC型卡瓦打捞筒相比，具有强度高、结构简便、通用性特点。多年的地面试验、中间试验及现场试验情况，说明LTC型卡瓦捞筒特别使用于深井、超深井或落鱼过量情况下使用。该LTC型卡瓦打捞筒更适用于作业。并应用静力等效的方法，对卡瓦与筒体进行损坏性分析，卡瓦与筒体应

2、力(卡瓦弯曲应力和轴向弯曲应力)进行了计算，分析抓紧落鱼时落鱼对筒体与卡瓦壁强度的影响。关键词：可退打捞器；打捞；LTC型卡瓦打捞筒AbstractFor the moment,along with the number of well drilling in each giant oil and gas field increased year after year,the quantities of the oil, gas and water wells are nearly 50,000 in our country.Most of them had entered the late

3、development.With the extension of working time and the increase of the times of operations, the well conditions become worse.Because the number of well need operate and repair is increasing year by year,fishing tools are indispensable in repairing job.The paper suggested program is to design LTC-sli

4、p overshot gross structure,rationale and proper improve on inhere type packer,In contrast to inhere type of the overshot,have intensity highness, structure handiness,operation easiness,and so on,Ground tests for years,intermediate tests and field test conditions for releasing and circulating oversho

5、t with slip grip model LTC,Thus,verifies that the model LTC overshot is especially,suitable for use under these circumstances,such as deep well,ultra-deep well or excessive fishes.The LTC-slip overshot is more applicable to operate.And to adopt the equivalent static method to put on damage analysis

6、of slip and cylinder,to calculate slip and cylinder stress(slip bending stress and axial bending stress),to Analysis the strength of fish with the cylinder and the slip while fish is grasped hard.Key words:drawback-type fishing tool;Fishing;LTC-slip overshot目 录第1章 概 述11.1 我国打捞器发展状况11.2 打捞筒研究的目的意义41.

7、3 打捞器发展水平及发展方向6第2章 可退式打捞筒及其零件的结构设计82.1 可退式打捞筒筒体结构分析82.2 零件图的结构分析10第3章 筒体与卡瓦的损坏分析173.1 退式打捞筒损坏分析173.2 打捞过程及受力分析19第4章 零件的选择与参数计算254.1 主要零件的选择及参数计算254.2 其它元件的选择及参数计算27第5章 主要零件的选材、加工及技术要求305.1 控制环、卡瓦、筒体三个主要零件305.2 工作原理及打捞过程分析32结 论35参考文献36致 谢38附 录39第1章 概 述1.1 我国打捞器发展状况我国投产的油、气、水井总数已有十几万口，大多数油、气田已相继进入开发的中

8、后期。随着投产时间的延长和作业次数的增加，井况变差，作业井和待修井逐年增多。油、水、气井井下打捞作业是一种非常规的井下作业措施，属于一项专门的科学技术范畴。在该技术领域，随着深井、水平井、多底井与分枝井等复杂井身结构技术的普遍应用，使得井下打捞作业面临新挑战。在各种修井作业中，打捞作业约占三分之二以上。而井下落物种类繁多，形态各异，归纳起来主要有管类落物、杆类落物、绳类落物、井下仪器工具落物和零部件等小落物。根据不同落物的特点而设计制造不同打捞器。已广泛应用于现场并有较高成功率的就有30多种。国内打捞器分类，主要有以下几种：公锥、母锥、打捞矛、打捞筒 1.1.1公锥：用途：公锥是一种专门从油管

9、、钻杆、套铣管、分隔器、配水器、配产器等有孔落物的内孔进行造扣打捞的工具。这种工具对于带接箍的管类落物，打捞成功率较高。公锥与正反扣钻杆及其它工具配合使用，可实现不同的打捞工艺。 工作原理：当公锥进入打捞落物内孔之后，加适当的钻压，并转动钻具，迫使打捞螺纹挤压吃入落鱼内壁进行造螺纹。当所造螺纹能承受一定的拉力和扭矩时，可采取上提或倒扣的办法将落物全部或部分捞出。老式公锥多带有排削槽。此槽原设计意图是排出造扣切削时所产生的铁宵，而实际造扣工况是挤压成型，并无铁宵生成。实践证明排宵槽不发生效用，而且对某些造扣后需要憋压的作业又极为不利，因此只能承受10MP以下的泵压，再高，则会由此槽串通。1.1.

10、2母锥：用途：母锥公锥是一种专门从油管、钻杆等管柱落物外壁进行造扣打捞的工具。可用于对无内孔或孔堵死的圆柱形落物进行打捞。工作原理：母锥工作原理与公锥相同，均依靠打捞螺纹在钻具压力与扭矩作用下，吃入落物外壁造扣，将落物捞出。就造扣机理而言，属挤压吃入，不产生切宵。1.1.3打捞矛：用途：打捞矛是内捞工具，可以打捞油管、钻杆、套铣管、衬管、分隔器、配水器、配产器等有内孔落物，又可对遇卡落物进行倒扣作业或配合其他工具使用（如震击器、倒扣器）。工作原理： 当矛杆与卡瓦进入鱼腔之后，卡瓦依靠自重向下滑动，卡瓦与斜面产生相对位移，卡瓦齿面与矛杆中心线距离增加，使其打捞尺寸逐渐加大，直至与鱼腔内壁接触为止

11、。上提矛杆时，斜面向上运动所产生的径向分力，破使卡瓦咬入落物内壁，抓住拉落鱼。1.1.4打捞筒用途： 用途：打捞筒是从管子外部进行打捞的一种工具，可以打捞不同尺寸的油管钻杆和套管等鱼顶为圆柱形的落鱼，并可与震击类工具配合使用。工作原理：打捞筒的抓捞零部件是螺旋卡瓦和篮状卡瓦，其外部的宽锯齿螺纹和内面的抓捞牙均是左旋螺纹，与筒体相配合的间隙较大，这样就能使卡瓦在筒体内有一定行程能胀大和缩小。当落鱼被引入捞筒后，只要施加一轴向压力，卡瓦在筒体内上行。由于轴向压力使落鱼进入卡瓦，此时卡瓦上行并张大，运用它坚硬锋利的卡牙借弹性力的作用将落鱼咬住卡紧。当上提捞柱，卡瓦在筒体内相对地向下运动。因宽锯齿螺纹

12、的纵断面是锥形斜面，卡瓦必然带着沉重的落鱼向锥体的小锥端运动，此时落鱼重量愈大卡得也愈紧。整个重量由卡瓦传递给筒体。上面已述，筒体的宽锯齿螺纹和卡瓦的内外螺纹均为左旋螺纹。卡瓦与筒体配合后，也由控制卡或控制环约束了他的旋转运动，所以释放落鱼时只要施加一定压力，顺时针方向旋转捞柱，即将捞筒由落鱼上退出。由于抓捞牙为多头左旋螺纹，退出的速度较快。1.1.5提放式系列打捞工具：用途：在油田小修现场作业中，往往缺少转盘设备和修井机，要想旋转管柱需靠人力搬动管钳来进行，劳动强度大，技术要求难以准确实现，因此传统的可退式打捞矛在使用上有所不便。提放式可退打捞矛则不需转动工具管柱，一放一提则释放落鱼，既方便

13、又可靠，是小修作业中的最好的打捞工具之一。是一种新型打捞工具。工作原理：打捞工具抓住落鱼后可以自由退出落鱼。1.1.6复合式鱼顶修正打捞器：用途：复合式鱼顶修正打捞器适用于在井下作业时，由于某种原因造成管柱弯曲折断，使鱼顶产生变形的情况下使用，它克服拉其他工具在修整鱼顶过程中易产生偏磨鱼顶而磨损套管等缺点，并可在整形后继续下放钻具，当牙套进入落鱼内部后抓住落鱼。无论落鱼是自由状态或遇卡状态均可使用。工具的特点：（1）鱼顶和打捞落鱼可以一次完成。（2）修正鱼顶和打捞落鱼时工具与落鱼接触面积大，并有外筒保护鱼顶，保证打捞效果。（3）根据需要可以释放落鱼，安全退出工具，不会使井下事故复杂化。1.1.

14、7磁力打捞器；用途：磁力打捞器是用来打捞在钻井、修井作业中掉入井里的钻头巴掌、牙轮、轴、卡瓦牙、钳牙、手锤及油管、套管碎片等小件铁磁性落物的工具。对于能进行正反循环的磁力打捞器尚可打捞小件非铁磁性落物。工作原理：电磁铁对金属铁的吸附作用，打捞落鱼。1.1.8反循环打捞蓝：用途： 反循环打捞蓝是专门用以打捞诸如刚球、钳牙、炮弹垫子、井口螺母、胶皮碎片等井下小件落物的一种工具。工作原理： 是靠大流量、高压力的反洗井泥浆冲击井底，使底落物悬浮运动推动蓝爪，使井蓝爪绕销轴转动竖起，篮筐开口加大，落物进入筒体，然后蓝爪恢复原位，阻止了进入筒体内的落物出筐，实现打捞。1.1.9局部反循环打捞蓝：用途：局部

15、反循环打捞蓝是打捞井底质量较轻的碎散落物的工具，如螺母、射孔子弹垫子、钳牙、胶皮碎片、刚球、阀座等，也可以抓获柔性落物，如钢丝绳等。工作原理：下至鱼顶洗井投球后，刚球入座堵死正循环通道迫使液流改变流向，经循环空间穿过20个向下倾斜的小孔进入工具与套管环形空间而向下喷射。液流经过井底折回篮筐，再从筒体上部的四个连通孔返回，形成工具通道。1.1.10测井仪器打捞器：用途：测井仪器打捞器是专门用于打捞各种直径小、质量轻、没有卡阻的仪器工具。这种打捞器能完整无损地将落井仪器打捞出井。工作原理：当落井的测（试）井仪器通过引鞋进入筒体之后，在钻具压力下，仪器分开钢丝环内的钢丝上行，由于多股钢丝的弹力造成的

16、摩擦力，将落物卡住，提钻后能将落井仪器捞出。综上所述，目前国内的打捞器虽然品种较多，但真正在油田经常使用的也不多，主要是由于有些通用性不强，操作不方便，成本高。由于以上问题的存在，今后，国内外抽油机主要向以下几个方面发展：（1）能耗方向发展，以减少能耗，提高修井经济效益；（2）精确平衡方向发展，以使打捞到落鱼更精确减少不必要的时间；（3）高适应性、通用性方向发展，以便拓宽使用范围 ； （4）朝着自动化和智能化方向发展。1.2 打捞筒研究的目的意义打捞器是修井作业中不可缺少的工具，不同落鱼要求使用的打捞工具不同，在打捞作业中选用适应的打捞器可以大大提高打捞时间，提高修井经济效益。而打捞筒可以满足

17、大多数落鱼的打捞要求，从而对打捞筒的通用性适应性进行研究与设计。1.2.1 结构原理和技术指标1.2.1.1可退式卡瓦打捞筒打捞原理可退式卡瓦打捞筒是从落鱼外径抓捞落鱼的打捞工具。它可以打捞钻铤、钻杆、油管、接头、接箍和其它井用管子。该系列工具功能完备，有密封结构，抓住落鱼后能进行泥浆循环。打捞筒的抓捞零部件是螺旋卡瓦和篮状卡瓦，其外部的宽锯齿螺纹和内面的抓捞牙均是左旋螺纹，与筒体相配合的间隙较大，这样就能使卡瓦在筒体内有一定行程能胀大和缩小。当落鱼被引入捞筒后，只要施加一轴向压力，卡瓦在筒体内上行。由于轴向压力使落鱼进入卡瓦，此时卡瓦上行并张大，运用它坚硬锋利的卡牙借弹性力的作用将落鱼咬住卡

18、紧。当上提捞柱，卡瓦在简体内相对地向下运动。因宽锯齿螺纹的纵断面是锥形斜面，卡瓦必然带着沉重的落鱼向锥体的小锥端运动，此时落鱼重量愈大卡得也愈紧。整个重量由卡瓦传递给筒体。1.2.1.2可退式卡瓦打捞筒的优点（1）打捞可靠,可承受超过油管扣连接强度 1.2-1.5 倍的拉力。（2）夹紧落鱼后,若抓住的落鱼被卡也可根据具体要求释放落鱼,退出工具。（3）结构简单,体积小,重量轻,操作方便,维修容易。（4）工具成本较低,经济效果显著。 （5）可与其它打捞工具联合使用,如震击器,加速器z可装磨鞋、锐鞋修正不规整鱼顶 ;如果需要增大网捞面积可连接加大引鞋，鱼顶偏倚井壁时可使用壁钩，抓捞部位距鱼顶太远可增

19、接加长节等辅助工具,以适应特殊打捞作业的需要。为了方便现场使用,根据结构特点,把安装篮式卡瓦组件的捞筒定为A系列，安装螺旋卡瓦组装件的捞筒定为B系列。1.2.2 可退式卡瓦打捞筒型号表示方法T L T1.3 打捞器发展水平及发展方向打捞物的公称直径结构分类代号A（B）“退”字汉语拼音的第一个字母“捞”字汉语拼音的第一个字母“筒”字汉语拼音的第一个字母1.3.1 国内外打捞器发展水平及发展方向在国内，经过50多年的研制，由最初的仿制，到现在已经能够自主生产种类型打捞器，并达到国际先进水平。50年代克拉玛依油田在调整中对打捞器进行了探索，研究成功的抽油管接箍捞矛和倒扣式打捞筒，在油田打捞作业中发挥

20、了一定的作用。1963年大庆油田采油工艺研究所经过上千次试验，研制成功局部反循环打捞蓝，70年代又研制成功局部反循环打捞蓝，使打捞井底质量较轻的碎散落物如螺母、射孔子弹垫子、钳牙、胶皮碎片、刚球、阀座等，也可以抓获柔性落物，如钢丝绳等。节省大量时间，并在大庆油田大面积推广使用。国外打捞器技术比较成熟，近几十年来，随着钻井、完井工艺不断向高压、高温复杂的深部地层方面发展，对修井作业提出了种种更高的要求，特别世界投产的油、气、水井总数越来越多，随着投产时间的延长和作业次数的增加，大多数油、气田已相继进入开发的中后期。井况变差，作业井和待修井逐年增多。使打捞器研制工作趋向专业化，研制的产品日益丰富。

21、目前，著名的BAKER石油技术公司和WEATHRFORD石油技术公司都有品种齐全的打捞器产品。据统计，早在六十年代，见诸于美国有关产品目录上的打捞器品种已达11种。近几年来，则大大超过此数，并涌现出不少结构改进，性能提高的新型打捞器。1.3.2 可退式卡瓦打捞筒发展的前提一种新型的打捞器如果想为人们所认可必须有理论依据，还要有实践作为理论的论证，我门所要设计的这种可退式卡瓦打捞筒就是为了检测其中各项指标的可靠性，来为其真正的投入使用奠定良好的基础。 第2章 可退式打捞筒及其零件的结构设计2.1 可退式打捞筒筒体结构分析可退式打捞筒的外筒由上接头、筒体、引鞋组成。内部装有抓捞卡瓦、盘根和铣鞋或控

22、制环（卡）。打捞卡瓦分为螺旋卡瓦和蓝状卡瓦两类，每类又有几种尺寸的打捞卡瓦。进行打捞时，可选用一种适合落鱼外径的卡瓦装入筒体内。如图2-1、图2-2。图2-1 打捞筒装篮状卡瓦 图2-2 打捞筒装螺旋卡瓦2.2 零件图的结构分析2.2.1 篮状卡瓦篮状卡瓦为园筒状，形似花篮。外部与螺旋卡瓦一样，但为完整的宽锯齿左旋螺纹，内部抓捞牙亦为多头左旋锯齿形螺牙（经淬火处理），有轻微刮削落鱼外壁的作用，同时在夹紧力作用下，咬入落鱼以增加提拉效果。篮式卡瓦在360圆周方向开有四条（均布）纵向长口如图2-3，其中一条是开通的，在开通的开口端有宽键槽，此处外径车成圆形。这一结构特点使卡瓦易胀开好夹紧。AA图

23、2-3 篮式卡瓦结构 1-通口;2-螺旋锥面;3-窄口;4-键槽螺旋卡瓦；螺旋卡瓦形如弹簧，外部为宽锯齿左旋螺纹，与筒体内螺纹配合，螺距相同，但螺纹面较筒体的窄得多。内部是抓捞牙为多头左旋锯齿形螺牙，螺牙锋利坚硬。螺旋卡瓦下端焊有指形键如图2-4，与控制卡配合后就阻止了螺旋卡瓦在简体内转动。这类螺旋卡瓦通常设计三种抓捞尺寸。其总抓捞尺寸范围912mm，考虑到管子的磨损，每个卡瓦的抓捞尺寸在标准打捞尺寸以下3mm的范围。这就适应了井内管柱的磨损尺寸变化。无论是篮式卡瓦还是螺旋卡瓦，都是靠其内表面的坚硬多头螺纹牙咬住落鱼。为保证咬紧落鱼。卡瓦内径必须略小于落鱼外径。当落鱼进入后,上推卡瓦 ,这时脱

24、开筒体原螺旋锥面而被胀大的卡瓦就以其弹性收缩力给落鱼以咬紧力。这时上提钻具,筒体与卡瓦两者的螺旋锥面就紧紧贴合而产生径向夹紧力。由计算得知,若上提力增加,径向夹紧力随之增大。若要释放落鱼,只要加30KN50KN的力下击，筒体与卡瓦两者的螺旋锥面脱开，即可右旋上提钻具。必须指出,要保证篮式打捞筒和螺旋打捞筒完成咬住和蒋放落鱼的动作,卡瓦安装在筒体内必须满足下列关系式如图2-5。 （2-1） （2-2）图2-4螺旋卡瓦结构1-多头螺纹；2-螺旋锥面；3-弧形长键图2-5 筒体与卡瓦尺寸 （2-3）式中 卡瓦螺旋锥面大端直径；筒体螺旋锥面大端直径 ；一筒体螺旋锥面小端直径 ；卡瓦宽锯齿形螺距；简体宽

25、锯齿形螺纹螺距；卡瓦内表面多头螺纹螺距；k多头螺纹头数。由以上可知,可退式打捞筒的筒体和卡瓦是保证打捞筒性能的关键零件,而其大锯齿形螺旋锥面是完成咬紧或释放落鱼动作的关键结构。2.2.2 控制环控制环下端的喇叭口带有铣齿即为铣鞋，供篮状卡瓦用，其作用有二，控制环的指形键与篮状卡瓦的键槽配合，约束篮状卡瓦在简体中只能上下运动不能转动。另外是一个密封总成。内槽粘结有和各种尺寸的篮状卡瓦相适应的“R”形盘根。起着与落鱼外径密封作用，外部装有“O”形密封圈，是密封总成的通用件起着控制环与筒体内壁的密封作用，如果下端喇叭口带有铣齿，又起着修整鱼顶裂口飞边的作用如图2-6。图2-6 控制环 2.2.3 筒

26、体两端有螺纹，上端的螺纹与上接头或加长节联结，下端螺纹与引鞋或壁钩联结。内部有宽锯齿螺纹和螺旋卡瓦或篮状卡瓦的宽锯齿螺纹配合，但螺纹的公称直径要比卡瓦大，这样就给卡瓦在简体内上下运动和胀缩创造了条件如图2-7。 图2-7打捞筒筒体2.2.4 控制卡、“A”形盘根、“R”形盘根控制卡：由控制卡套和卡键焊接而成，供螺旋卡瓦通用，其作用在于限制螺旋卡瓦在筒体内只能上下运动不能转动如图2-8。 图2-8 控制卡 “A”形盘根：为橡胶短筒，内部有密封唇，为落鱼外径与筒体内壁间密封用，与各种尺寸的螺旋卡瓦配套使用，它装在筒体的上部。利用上接头的下端斜面把它适度压紧即具密封性，用以保证泥浆的正常循环。当换用

27、篮状卡瓦时安装“A”形盘根是无防碍的，如图2-9。“R”形盘根：它的内面有密封唇，外表面粘结在控制环的内槽，与各种尺寸的篮状卡瓦配套使用如图2-10。图2-9 A型盘根 图2-10 R型盘根2.2.5 上接头、引鞋上接头：有两个作用，上端有接头扣和钻柱连接，下端有螺纹与筒体联结，下端而为斜面，起着压紧“A”形盘根的作用如图2-11。引鞋：外径和筒体外径一致，上端有螺纹和筒体联结，引鞋上端斜面起到压紧“O”圈的作用，下端构成一个螺旋口，能诱导落鱼进入捞筒如图2-12。 图2-11上接头 图2-12引鞋2.2.6打捞筒附件包括加长节，加大引鞋和壁钩，操作者可根据井内情况选用。如图2-13。图2-1

28、3打捞筒附件第3章 筒体与卡瓦的损坏分析3.1 退式打捞筒损坏分析主要有下述形式:（1）筒体内宽锯齿形螺旋锥面被压伤或外胀；（2）卡瓦破裂或脆断。经分析认为，除操作不当外，加工质量差是造成上述损坏的重要原因，为了解在加工哪些因素影响打捞筒性能，需对筒体和卡瓦在打捞状态下的受力状况加以分析。当在打捞状态下，筒体和卡瓦两者的宽锯齿形螺旋锥面要贴合紧密，须满足公式（3-1）、（3-2）、（3-3）。 （3-1） =（03+89）/2 =89 mm =60 （3-2） （3-3）=60 mm 总夹紧为 W( 忽略摩捺力 ) （3-4）=40/tan10+8.511 =107.52 kN根据力的平衡方程

29、式可得式中 P上提力；Pz各螺旋锥面所受轴向力之和；螺旋锥面的锥体半角；R预紧力。宽锯齿上的剪应力 （3-5） =40/31.81cos10 =7.48 kN式中 A贴合面积；n螺旋锥面相互贴合的圈数。由图3-1可的： （3-6） =1.81 m式中 L贴合部分螺旋锥面母线长。 （3-7） =41.25 mm式中 h卡瓦相对筒体的窜动量。 （3-8）贴合面上的压应力由图3-1可知：式中 N法向正压力，N= Pz/sin。代入上式可得： （3-9） =40/31.81sin10 =42.42 kN由公式（34）-（39）可看出,筒体、卡瓦所受的各种应力是螺旋锥面半角、简体的、卡瓦的、 及螺距t、

30、窜动量h、贴合线长L等的函数。这些尺寸的精度直接影响卡瓦和筒体的强度。经计算证明,若卡瓦螺旋锥面大端直径减少0.5%,筒体的螺旋锥面小端直径增大 0.5%,其它因素不变,贴合面上的剪应力及压应力可增加12%.若卡瓦、筒体螺旋锥面半角增加 1,其它因素不变,压应力增加 617%。从图3-2可见,筒体与卡瓦有 2-8 圈螺旋锥面相贴合。由于筒体壁厚较薄,卡瓦 形状复杂,经冷、热加工后其圆度、同轴度及螺旋锥面外形尺寸等易产生误差,使贴合面积显著减小,受力不均,从而导致筒体和卡瓦破损 .为保证卡瓦、筒体获得良好的机械性能,加工中应注意控制刀具角度,消除对刀误差,保证刀杆刚度;加强工序问尺寸检测；选用变

31、形小、散热快的冷加工方法 , 把影响制造精度的误差控制在规定的范围内。3.2 打捞过程及受力分析打捞过程可分四步：修切、夹紧、提拉、释放。第1步. 修切鱼头打捞的鱼头是各种各样的,奇形怪状的鱼头是不利于打捞的。控制环上的锐齿将切去鱼顶上的毛刺、凸起、硬水泥块等物,也可修切轻度的椭圆形鱼顶,使通过控制环的鱼顶尺寸趋于一致，以便密封和打捞。第2步.夹紧落鱼工具组合的旋转和下降，鱼顶开始接触卡瓦内孔锯齿形牙，这时卡瓦在右旋扭矩的作用下内径稍加胀大，锯齿形牙在轻度切削鱼头的情况下，允许修切过的鱼顶慢慢进入卡瓦，直至鱼顶与上接头内孔台肩接触，停止右旋和下降，此时卡瓦与筒体锥面离开。图 3-1 夹紧力分析

32、1-筒体；2-卡瓦；3-油管当右旋扭矩除去后，具有初夹紧力的卡瓦（因为鱼头直径略大于卡瓦内径）紧紧抓住落鱼，如果再施加上提力Q,卡瓦与筒体的特大螺距内锥面螺、纹相吻合，卡瓦沿螺旋圆周面上，受摩擦力F与正压力N的合力、提力Q、夹紧力W、初夹紧力R的作用而平衡（图3-2）。若只考虑卡瓦与筒体摩擦时： （3-10）式中 W的总夹紧力；Q作用在简体上的上提力；锥面半角；摩擦角；R初夹紧力（卡瓦弹性变形）。 （3-11）式中 卡瓦n等分后每一等分的扇形角；n等分数(纵向开口数)；D每个扇形面积的弯曲外径；K油管外径与卡瓦内径之差之半；h每个扇形面弯曲部分厚度；L一每个扇形面根部至锥面顶点之距离；E一弹性

33、模数。由（3-11）式知 （1）当卡瓦的结构一定时，Q力越大 ,W力也越大。（2）当=90时摩擦忽略不计。则=0,tg(十) = ,W=0, 即没有锥面螺旋面。（3）角越小，W力越大。但当 0 8 时,卡瓦与外筒锥面螺纹自锁,松开较困难。因此角大于8 即可，一般取0120。第3步.提拉出井由上述可知,只要给工具组合施以足够的提拉力Q, 落鱼即可出井。此同时,被夹紧的油管给卡瓦一个与Q力相平衡的G力（鱼头下部各种阻力包括油管重量及遇卡阻力），其方向与Q力相反。卡瓦在G力作用下产生左旋扭矩,驱使卡瓦沿锥面螺纹向下运动,如图（图3-3）。图 3-2卡瓦提拉落鱼1-筒体；2-篮式卡瓦；3-控制圈；4-

34、打捞油管图 3-3 卡瓦夹紧落鱼受力1-卡瓦；2-落鱼由图3-3可知。 =+式中 在G力作用下产生的合成运动速度；、垂直、水平方向分速度。设产生左旋扭矩时力为P,此力作用点到捞筒中心的距离为/2,则左旋扭矩 （3-12） =14.444.5 =640.8 Nm此力矩通过控制环长键作用在筒体上,这样外筒体除承受较大的拉力外,还承受着由提拉过程中引起的左旋扭矩。将图3-4左绘成图3-4右，件一沿斜面下移。由图3-4右得： P=Gtan (-) （3-13） 式中 锥面螺纹中径处的升角，=arctanS/ (S锥面螺纹螺距)。 代入（3-13）式得: （3-14）将（3-14）式代入（3-12）式得

35、: （3-15）=640.8 Nm 图 3-4卡瓦夹紧落鱼受力由(315)式可知:（1）M值随Q力的增加而加大。（2）的增犬,M值增加,使捞筒受力状态复杂。因此尽量使=而与螺距S、中径有关,须恰当选取。（3）M力矩的存在,使卡瓦与筒体锥面螺纹处于旋合趋势,这样更有利于卡瓦夹紧落鱼和保证打捞过程中落鱼不致松脱。（4）值也直接影响M值,但值在具体结构中,由于作业空间有限,不允许有较明显变化。 第4步.释放落鱼 由于落鱼遇卡，在允许最大提拉力作用下仍无法解卡时，本工具可以释放落鱼，退出工具。释放落鱼是抓紧落鱼后的动作，因此，想解除夹紧必须满足下面条件。由（310）式可知夹紧力W=Q/tan(+)+R

36、 ，如果W=0，必须使Q=0，R=0 。Q=0可实现，而R=0无法实现。这样就需要采取另外的办法，即在Q=0时旋转上提工具，方可提出落鱼。在较大拉力Q的作用下，卡瓦与捞筒的螺旋锥面产生交大的正压力，其合力为。在的作用下,在卡瓦与筒体的接触表面上产生弹性变形力N。由于接触表面并非绝对光滑,致使摩擦系数（当量摩擦系数）f比静摩擦系数f大几倍,即得 f= （3-15） =0.431.5 =1.8 式中 单位压力变形量；接触表面不平引起的变形；n摩擦面副数。一般 1+/=1.32 。 （3-16）这样在Q=0时，卡瓦与筒体接触面的弹性变形的恢复力（与N值大小相等，方向相反），使卡瓦与筒体的螺旋锥面间产

37、生摩擦阻力。阻止卡瓦与筒体脱开。 值为：=fN （3-17）将（3-15）、（3-16）代入（3-17）式得： （3-18） =43 kN因此，必须施加一个与力方向相反的力以克服之力，使卡瓦与筒体螺旋锥面脱开（图3-5）。 图 3-5筒体与卡瓦脱离 1-卡瓦；2-筒体由图3-5得： （3-19） =43cos10 =42.35 kN 实现上述条件能释放落鱼。实际操作时需先下压工具而后旋转工具并上提，就能释放落鱼。第4章 零件的选择与参数计算4.1 主要零件的选择及参数计算4.1.1 上接头由第三章卡瓦受力分析得，当上提力Q=40KN则选：上接头为：NC31(210)上接头牙型代号：V-0.03

38、8R螺距：P=6.350 mm锥度：1：6螺纹基面锥度：C=80.848 mm4.1.2 筒体强度计算： 图 4-1 筒体危险截面由图4-1可知:最危险的截面为A-A面8.5 mm mm mm=1080 MPa筒体许用拉力:kNF=1000kNkN所以材料选用42CrMn钢 4.1.3 卡瓦打捞筒抓捞部位卡瓦牙齿（多头左旋螺纹）对牙齿受力分析：齿上的剪应力 =40/121.81cos10 =1.78 KN =2.1kN所以材料选用30Mn钢。4.1.4 控制环控制环主要是对落鱼顶部进行轻微修整的作用，所以受力主要集中在牙齿和键上。对牙齿和键的扭矩进行受力分析：设钻机的电机功率为7.5KW,输出

39、转速n=110r/min,作用于钻杆上的轴向力=15kN,落鱼直径d=0.09m,卡瓦与落鱼之间的摩擦系数为f=0.4,大螺旋角为, =11。当作用于钻杆上的最大输出扭矩M： 作用于落鱼上的圆周力： kN卡瓦对落鱼的正压力Q： kN卡瓦夹紧时所需的轴向推力F： kN由上面的计算与分析可知控制环牙齿主要受扭矩作用： 所以控制环牙齿需要表面淬火处理后喷焊钨钢粉。4.2 其它元件的选择及参数计算4.2.1 “O” 形圈的密封原理与设计“O”形圈是一种断面为圆形的弹性密封元件。“O”形圈的优点是结构紧凑,动摩擦阻力小,密封压力高,制造简单,拆装方便。成本低等。目前, “O”形图都是选用具有各种不同性能

40、的合成橡胶模压而成。在橡胶密封元件中, “O”形圈是应用得最广泛的一种。 图 4-2 在压力作用下“O”形圈的压力分布(a)低压时;“O”形圈作用于密封零件上的压力分布；(b)高压时;“O”形圈作用于密封零件上的压力分布；（1）静密封场合“O”形圈被置于两个相关零件（密封偶件）的密封部位(沟槽)后,受到一定程度的压缩。“O”形圈工作时,其断面直径的预压缩量为 830% 。由于橡胶具有良好的弹性,这一预压缩量使“O”形圈在密封介质（空气、水、泊类专主流体)没有压力或压力很小的情况下,仍然能移给密封接触面以一定压力,保证装置的密封。图4-2为压力很小时“O”形圈在密封接触面上的压力分布情况。当工作

41、介质压力很高时,在高压作用下, “O”形圈被挤压到沟槽另一侧,堵塞介质泄漏通道,起到迷封作用,如图4-2右所示。 “O”形圈在这科情况下的特性，称为密封作用。此时,密封接触面上承受的压力为：P= + 式中 “O”形圈安装后，预压缩作用于密封接触面上的初使压力，公斤力/厘米；P高密封接触面上承受的密封介质压力，=cP，c为压力传递系数，对于橡胶来说，c=1；P为密封介质的压力，公斤力/厘米。一般，由于c1，所以，PmP 。 由此可见，要“O”形圈在安装时受到预压缩，即具有初使压力，就能实现无泄露密封。 （2）形圈的设计原则“O”形圈是典型的压缩型密封元件,其压缩率的大小直接影响密封性能似的高低和使用寿命的长短。选择压缩率时，要考虑以下因素：有足够的密封面接触压力；摩擦力和磨耗损失要尽量小；尽可能避免永久变形。“O”形圈压缩率的表达式为：W=（-h）/ 100式中 “O”形圈在自由状态下的断面直径，毫米。为了提可密封效果,防止间隙挤出，当工作压力超过一定值时时, 通常采用挡圈结构“O”形圈使用挡圈后，其工作压力可以大为提高。静密封压力能够达到 200700 Pa；动密封压力可以达到400 Pa。（3）“O”形圈的断面值在相同的技术条件下,同一内径尺寸的“O”形