闸板防喷器的HAZOP分析

闸板防喷器是井控设备防喷器组的重要组成部分，由于各种环境条件以及操作因素的影响，闸板防喷器在使用过程中可能出现腐蚀、磨损、密封失效等多种失效形式，会导致井喷失控等灾难性事故的发生。因此，采用HAZOP分析方法对闸板防喷器进行安全分析，对井控设备的安全管理工作具有重要的意义。     

闸板防喷器故障树分析

根据闸板防喷器在现场应用过程中出现的典型失效案例,结合有关文献资料,利用下行法建立了闸板防喷器的故障树。分析出闸板防喷器失效的主要形式及原因,通过定性与定量分析,找出了闸板防喷器失效的结构重要度,提出密封件质量为闸板防喷器失效过程中的薄弱环节。在故障树分析理论的基础上,对失效过程中的主要因素进行了探讨,为闸板防喷器的现场使用提供了管理和维修的参考依据。     

FZ35-70C快开侧门式闸板液压锁紧防喷器

传统的钻井防喷器侧门和壳体采用多个大螺栓连接,并且多为手动锁紧闸板,更换闸板时间长,自动化程度低,已不满足现代钻井作业对防喷器的性能要求。为此,研制了FZ35-70C快开侧门式闸板液压锁紧防喷器。对防喷器的总体方案进行了设计,对承载件采用接触分析,在保证强度的基础上,对其结构进行了优化,并对其进行了厂内和现场试验。试验结果表明:该防喷器开关反应灵敏,动作准确,完全满足设计要求,且操作简单,自动化程度高,减轻了工人的劳动强度。该防喷器的研制成功为液压闸板防喷器结构的进一步优化提供了参考。     

水下闸板防喷器有限元建模及关井仿真分析

水下闸板防喷器在关井时井筒压力作用下闸板与壳体的相互作用应力复杂。为分析闸板防喷器关井状态时闸板与壳体的受力状态,在建立整套闸板防喷器三维仿真模型的基础上,对其承压壳体及双闸板进行了有限元分析计算。结果表明:防喷器闸板及壳体在额定载荷作用下均满足强度要求;防喷器高应力区域集中在壳体及闸板的接触部位,在防喷器检查及维保中应重点关注,确保钻井作业井控安全。     

2FZ18-21型闸板防喷器胶芯的有限元分析及结构改进设计

从生产实际现场反馈的情况来看,闸板防喷器中主要是闸板总成中的胶芯前密封与管柱之间的寿命很短,最容易因为疲劳磨损而失效。失效后的防喷器胶芯密封不可靠、不能承受封井压力,这将给生产带来很大的安全隐患。对石油钻井行业中2FZ18—21型闸板防喷器的结构和工作原理进行了分析,对闸板胶芯的密封机理和失效模式进行了研究,利用ANSYS软件建立了胶芯的有限元分析模型,模拟闸板防喷器的工作过程,获得了胶芯的工作应力分布规律,并对其结构进行了改进设计。     

钻井用闸板防喷器结构固有特性探究

针对用户在选择闸板防喷器结构型式方面的迷茫性,对钻井现场常用的Cameron和NOV Shaffer两种类型的闸板防喷器结构固有特性进行分析研究,总结优缺点,为用户依据钻井作业现场各种工况和维修能力自主选择防喷器结构型式提供了理论依据。分析得出Cameron型壳体承载能力比Shaffer型高,但维修困难,其闸板体承载时应力较高,容易变形,手动关闭较难;Cameron型防喷器更换闸板时开启空间比Shaffer型小且省力;Cameron型变径胶芯变径范围大,但高温下密封可靠性低。     

15000Psi闸板防喷器装配体弹塑性分析

闸板防喷器是保障钻井安全的重要设备,随着海洋钻井水深越来越深,目前深水钻井均采用15000Psi防喷器。水下15000psi防喷器由多个部件构成,其工作时各个部件受力情况非常复杂。本文采用AnsysMechanical软件,依据API16A、API6X和ASMEⅧDiv.2标准,采用弹塑性分析方法,考虑井口压力、井口载荷(由钻井船等外部条件引起)以及防喷器各个部件之间的相互作用(如接触、螺栓预紧力等),对在15000psi操作工况下的防喷器装配体进行了整体强度分析。计算结果表明,该防喷器是安全的,符合相关标准要求。     

Cameron式2FZ35-35型双闸板防喷器研制

为满足中海油用户的要求,开发了Cameron式2FZ35-35型双闸板防喷器。该防喷器采用API Spec 6A法兰与其他井口设备连接,用液压控制关闭和打开闸板总成,闸板关闭后采用手动锁紧闸板轴;整体强度、液控油路和液缸强度及剪切127mm（5英寸）钻杆和剪切闸板密封试验、变径闸板试验（封隔88.9mm（3英寸）和127mm（5英寸）管柱）和通径试验满足API Spec 16A推荐标准。现场使用表明,具有安全可靠、开关迅速灵活、结构轻便、操作方便等特点。     

闸板防喷器管子闸板胶芯的失效机理分析

本文对方油钻井液压闸板防喷器管子闸板胶芯的损伤失效模式和失效机理及闸板胶芯的受力性质进行了分析研究,得出闸板防喷器封井管子闸板胶芯的失效,属强机械力重复作用下的橡胶低周疲劳损伤失效的结论.分析研究结果与70MPa闸板防喷器管子闸板胶芯封钻杆寿命试验的胶芯实际损伤失效形式和部位相吻合,同天津大学的管子闸板胶芯光弹性试验结果分析基本一致.     

关于修井作业液控闸板防喷器密封性的研究

本文分析了闸板防喷器的密封薄弱环节,对其失效模式进行了阐述,并对闸板防喷器可控柔性密封进行了研究。对提高闸板防喷器可靠性具有一定意义。     

防喷器室内和现场试压工艺研究与应用

目前防喷器室内试压时连接法兰费时费力,井下作业现场防喷器试压只能进行半封闸板试压,无法进行全封闸板试压。为此,研制了防喷器试压连接器。该连接器可以卡封多种规格的防喷器,与试压检测系统匹配,提高工作效率,减轻工人劳动强度,并可节省螺栓密封垫环等易损件;对井下作业现场防喷器试压部分,研制了全封闸板试压管柱,解决了全封闸板试压的问题。现场应用表明,防喷器试压连接器液压缸强度满足试压要求,密封压力可以达到105 MPa;全封闸板试压管柱适用于目前所有的防喷器及井口,密封压力70 MPa,试压成功率100%。     

钻井防喷器剪切闸板剪切钻杆三维数值模拟

为了分析钻井防喷器剪切闸板结构因素对其性能的影响,以及剪切闸板在剪切钻杆过程中的三维力学行为,在分析防喷器剪切闸板结构原理基础上建立了剪切闸板不同型式的三维模型,采用ANSYS显示动力学对剪切闸板剪切钻杆井下三维力学行为进行数值模拟,并对上剪切闸板的下颚长短和刃角大小等闸板参数进行了分析。分析结果表明:上剪切闸板的长下颚型式在前段力稍微大些,但是后段由于长下颚的支撑,更易剪断钻杆;钻杆在承受拉伸载荷时更易剪断,而剪切试验中钻杆是处于无拉伸状态下,应适当提高剪切力;下剪切闸板为V形刃口比平刃口更有利于剪切钻杆,并有利于钻杆的回正;刃角分别为14°和20°时,后者在前期所需的剪切力较前者小,有利于钻杆的初始破坏。研究结果对于防喷器剪切闸板的优化设计具有一定的参考意义。     

深水水下防喷器剪切能力分析方法及应用

深水水下防喷器剪切闸板在评估时相对复杂,在设计阶段通过剪切试验方法对剪切闸板进行剪切能力评估成本较高。鉴于此,以Von Mises屈服准则为基础,阐述了深水水下剪切闸板防喷器的动作原理和剪切过程,分析了剪切过程中活塞杆及活塞受力状况;考虑水深、隔水管内钻井液密度、井涌强度、钻杆钢级及关井压力的影响,给出了深水水下剪切闸板防喷器的剪切能力评估方法,并通过实例对该评估方法进行了应用。分析结果表明:提出的评估方法弥补了API Spec 16A中对于剪切闸板剪切能力评估的不足,评估方法计算的数值与厂家提供的数据误差在3%以内;防喷器剪切能力评估的关键是修正参数C_3,该值与防喷器类型及管柱特性等有关。研究结果可为深水闸板防喷器剪切能力评估及作业平台选择提供指导和借鉴。     

补偿式多用途环形防喷器的研制

修井用闸板类防喷器存在的问题是:2个闸板难同步关闭、密封油管后不能调整管柱、手动闸板防喷器关井慢、液动闸板防喷器的结构复杂和成本高、单闸板防啧器的功能单一、多闸板防啧器的高度较高和体积大、闸板防喷器封井具有局限性等.研制了补偿式多用途环形防喷器.该防喷器通过从上部拧入不同的补芯,实现密封油管、电缆、钢丝绳及全封空井等功用,而且可以带压调整钻具,实现了一机多用.远程控制箱关井反应迅速,操作简单方便,现场使用效果好.     

防喷器闸板体万能试验台设计

为解决井控装备制造厂在防喷器闸板体出厂检验和疲劳试验中的成本高、防喷器的拆装劳动强度大等问题,设计了闸板体万能试验台。该试验台结构简单,能够满足多种型号和压力等级的闸板体试验的要求。外壳和侧门采用销轴连接,拆装方便省力;在不同型号闸板体试验中,只需更换转换腔体和转换连接轴,最大程度上减少了试验成本。应用有限元分析方法对主要承压零件进行了强度校核,保证了试验台的安全性。该试验台的使用极大地提高了闸板体生产效率。     

闸板防喷器关闭过程的瞬态压力特性研究

水击理论只能反映防喷器闸板突然完全关闭产生的瞬态压力变化,无法体现闸口结构及闸板关闭速度等对瞬态压力的影响。为此,在非稳定流的伯努利方程及流体惯性瞬态压力理论分析的基础上,建立了流体惯性压力数学模型,分析了闸板防喷器关闸速度、闸板前部钻井液流速、钻井液黏度和闸板厚度对瞬态压力的影响。分析结果表明,基于非稳定流理论建立的流体惯性压力数学模型可以很好地描述防喷器关闭过程中产生的瞬态压力;相对于直接水击压力,流体惯性压力除体现钻井液流速和密度等流体参数对瞬态压力的影响,还体现了防喷器闸板关闭速度和闸口结构等流体运动控制体参数对瞬态压力的影响;瞬态压力对井筒的影响作用有限,在溢流发生时可以采取快速关井以抑制进一步的井涌。所得结论对防喷器的设计及控制井涌具有一定的指导作用。     

安全可靠的闸板防喷器防提报警装置

闸板防喷器是石油钻井现场井控装置的主要组成部分,它主要分为单闸板和双闸板;根据闸板形式不同有半封闸板、全封闸板、剪切闸板和变径闸板。当防喷器闸板处于开启状态时,可以进行钻进、起下钻或其它正常作业。当闸板防喷器由于某种原因关闭,比如防喷演习、封井器试压、远程控制台误操作等。     

Cameron结构的防喷器壳体有限元分析

参考美国Cameron公司的闸板防喷器,所设计的壳体采用长圆形的闸板腔结构。利用Cos-mosworks 2008有限元分析软件计算单闸板防喷器壳体模型在额定工作压力35 MPa和静水压力52.5 MPa工况条件下的应力分布及危险点,并按照ASME规范分析其应力组合,表明该设计是安全的。     

基于流固耦合的闸板防喷器建模及有限元分析

为了更加准确地分析流体对闸板剪切力的影响规律,需要对闸板防喷器剪切钻杆进行流固耦合分析。以钻杆窜动和扭转2种动态工况为例,利用SolidWorks建立闸板防喷器三维模型,并对防喷器内部流体域进行有限元建模,输出到ANSYS Fluent进行有限元分析。结果表明:在闸板剪切钻杆过程中,流体达到稳态后,在钻杆窜动工况下,流体力随钻杆受载荷力增大而减小; 在钻杆扭转工况下,流体力随钻杆扭转角度而变化,在扭转90°时流体力最大。研究结果可为防喷器剪切闸板的剪切能力分析及结构设计提供参考。     

手动快换闸板防喷器研制与应用

手动双闸板防喷器是修井过程中使用的一种重要设备,其壳体和侧门的连接多为螺栓连接并采用端面密封,侧门重,现场拆卸、安装螺栓费力,更换闸板困难,辅助生产时间长,劳动强度大。为此研制出一种手动快换闸板防喷器,其壳体和侧门采用T形挂钩连接,侧门密封采用外圆密封,侧门质量轻,拆卸、更换闸板方便、省力,密封安全可靠。