井口裝置部件芯軸套管懸掛器的設(shè)計(jì)計(jì)算

施成輝 吳文秀

摘 要：文章主要介紹井口裝置部件芯軸套管懸掛器的設(shè)計(jì)，從標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用及理論計(jì)算上逐步闡述設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，使相關(guān)設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有一定的認(rèn)識(shí)，具有行業(yè)參考性。

關(guān)鍵詞：井口裝置；芯軸套管懸掛器；設(shè)計(jì)計(jì)算

中圖分類號(hào)：TE931 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0092-02

Abstract： This paper mainly introduces the design of the bushing hanger of the wellhead device components， and expounds the main points of the design step by step from the standard， application and theoretical calculation， so that the relevant designers have a certain understanding of the design of the products， and have the reference value of the industry.

Keywords： wellhead device； mandrel hanger； design calculation

芯軸套管懸掛器應(yīng)用于石油天然氣井口裝置上，主要功能是懸掛技術(shù)套管或生產(chǎn)套管，相比于卡瓦式套管懸掛器，具有安裝方便、密封可靠的特點(diǎn)。相關(guān)行業(yè)規(guī)范API 6A和GB/T 22513上的規(guī)定內(nèi)容有限，不足以指導(dǎo)產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)，以下從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)計(jì)計(jì)算上分別進(jìn)行闡述。

1 結(jié)構(gòu)

芯軸套管懸掛器外形結(jié)構(gòu)見圖1，在井口裝置中的安裝位置見圖2。

2 材料

按照API 6A-井口裝置和采油樹設(shè)備規(guī)范，懸掛器的材料需要符合規(guī)范要求，見表1。對(duì)于DD/EE/FF/級(jí)別的懸掛器選擇材料時(shí)，一定要考慮材料是否符合NACE MR0175的要求，碳鋼和低合金鋼要考慮硬度要求，不銹鋼需要考慮H2S分壓，比如：AISI 4140 110K低合金鋼不能用于DD級(jí)別，硬度超過HRC22；17-4PH不銹鋼材料不能用于EE級(jí)別，H2S分壓超過1.5psi的場(chǎng)合。

除標(biāo)準(zhǔn)要求之外，通常在設(shè)計(jì)時(shí)需要甲方鉆井技術(shù)要求的套管管柱的大小、鋼級(jí)、磅級(jí)以及長(zhǎng)度等信息，例如6-5/8英寸的套管，磅級(jí)28PPF（對(duì)應(yīng)鋼級(jí)L80），在設(shè)計(jì)芯軸套管懸掛器時(shí)，底部連接扣的外徑，懸掛器通徑、本體等尺寸均可由標(biāo)準(zhǔn)先行定義，按材料等級(jí)選擇對(duì)應(yīng)的材料，DD-NL級(jí)，選用AISI 4130 85K低合金鋼。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

7-5/8英寸套管，磅級(jí)為29.7PPF（44.19kg/m）的L80套管，管柱深度H為2350m，安裝套管頭法蘭規(guī)格為11英寸，壓力35MPa，查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確定參數(shù)，懸掛器本體外徑尺寸D1為193.68mm，通徑尺寸D2為174.63mm，底部連接扣外徑D3為215.9mm，本體臺(tái)階外徑D4按照法蘭規(guī)格縮減設(shè)計(jì)為276.1mm，提升螺紋用于連接送取工具，方便懸掛器安裝，螺紋靠近本體，查找螺紋手冊(cè)，選取8.125″-2STUB-ACME螺紋，左旋，螺紋退刀槽尺寸外徑D5為196.5mm。懸掛器材料為AISI 4130 85K。

3.1 懸掛器本體抗外擠強(qiáng)度PW計(jì)算

3.2 懸掛器抗內(nèi)壓壁厚校核計(jì)算（按ASME B31.3）

3.3 退刀槽內(nèi)壓和拉升聯(lián)合作用下的強(qiáng)度計(jì)算

4 結(jié)束語

芯軸套管懸掛器從尺寸上講并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部件，它的設(shè)計(jì)取決于實(shí)際鉆井程序、鉆頭法蘭大小、管柱大小磅級(jí)等參數(shù)；同時(shí)在計(jì)算過程中，懸掛器的提升螺紋載荷實(shí)際和螺紋的有效長(zhǎng)度有關(guān)，和螺距大小無關(guān)，通常為了快速退出送取工具，盡可能的選用大螺距，以減少操作時(shí)間，降低風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李人望，劉旭輝.頁巖氣壓裂用超高壓閥門的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018，10（29）.

[2]王誠(chéng)，許福東，等.淺談對(duì)AISI4130材料力學(xué)性能影響因素的控制[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018，10（30）.

[3]APISPEC6A（20th）-2010.井口裝置和采油樹設(shè)備規(guī)范[S].