环形防喷器有限元分析计算

防喷器是钻井作业过程中重要的井控设备，其质量的可靠与否至关重要，而壳体的结构强度是影响防喷器质量的关键要素，以FHZ54－14环形防喷器为例，应用pro/E Mechanical软件，对壳体进行了有元分析计算，简要介绍了建立有限元模型，确定材料特性系数，载荷分布与约束的确定，计算及结果后处理等分析计算过程，根据分析计算的结果，可直观地发展承压壳体的最薄弱处及应力集中处，从而进一步优化壳体结构，改善其加工工艺，并避免设计过于保守所造成的材料浪费。     

低矮型不压井作业用环形防喷器研制

在不压井作业时,现有的环形防喷器存在外形尺寸大、价格昂贵、不适合在带压作业装置上使用等问题.研制了一种低矮型环形防喷器.利用有限元分析方法优化了胶芯和壳体的结构和参数.该环形防喷器可密封φ40～φ178mm的管柱,对于φ73、φ89 mm油管,静密封压力分别为21、25 MPa.对于14 MPa以内油水井,该环形防喷器过φ73mm（27/8英寸）油管和φ89 mm（31/2英寸）油管的接箍个数分别为7个和9个.满足带压作业施工要求.     

HYDRIL环形防喷器壳体的有限元分析

用PRO/E Mechanical对FH35-70环形防喷器壳体建模,用ABAQUS有限元分析软件对其受力进行数值模拟。计算结果表明:在105MPa静水压力试验工况下,最大等效应力和最大位移都出现在防喷器壳体环形腔体的最上面区域;在70MPa额定工作压力工况下,最大的等效应力和最大位移也出现在同样位置,最大等效应力小于屈服极限,壳体安全系数为1.21,满足API规范设计要求。     

深水钻井防喷器温度场数值模拟研究

深水防喷器所处环境为低温高压,如有气侵出现,容易在防喷器位置生成天然气水合物,阻塞防喷器,产生井口安全隐患。为此,结合深水钻井工况,建立了深水钻井条件下闸板防喷器与环形防喷器的三维空间模型,并利用Fluent软件进行了温度场数值模拟,得到了防喷器不同位置的温度场分布。在此基础上,结合天然气水合物生成条件分析了防喷器的温度场分布,以及加热管对防喷器温度场的影响规律,并优选了加热管的布置位置。结果表明,在模拟环境条件下,闸板防喷器横向位置依靠防喷器通径内壁加热即可满足天然气水合物预防要求,在纵向侧面1/4处布置加热管效果较好;管线数量对环形防喷器温度场的影响很大,为满足温度高于天然气水合物形成温度的要求,可以将优化加热管数量与保温措施结合起来进行。      

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.     

环形防喷器设计的几个要点分析

环形防喷器是井口防喷控制装置的重要组成部件之一。它可在需要时封闭各种形状的钻具,并可在井内无钻具的情况下全封井口。由于环形防喷器对于封闭井口有重要的作用,因此它的设计必须达到规定的要求。在设计过程中,活塞行程的确定、活塞与本体间的行程配合、活塞与本体间的密封等都是必须重视的问题。此外,还根据胶芯铁芯在运动过程中形状不变的特性提出了一种计算活塞行程的方法,让环形防喷器胶芯设计合理,能实现全封井口的功能。     

深水防喷器组控制系统的模拟分析

深水防喷器组的各项功能的检验,若开展前期试验研究,成本高昂,某些极端工况无法开展试验。为此,利用SimulationX系统仿真软件,建立了水下防喷器组及控制系统的仿真模型。该模型考虑到长距离水下输运管道,能够计算管道的非线性体积膨胀,精确模拟液体长距离传输过程中的压力损失。对防喷器组在不同操作顺序下的封井过程进行了仿真,仿真结果表明,在1 500 m水深下,环形防喷器和闸板防喷器的关闭时间与平台实测值非常接近,符合API的设计规范,模型具有较高的仿真精度。仿真结果对于国内深水防喷器组的研制有重要意义。     

可变径闸板防喷器前密封封井过程受力模拟研究

可变径闸板防喷器作为新型的闸板防喷器,能够密封一定范围内多种规格的钻具,具有成本低、使用方便等特点。文章通过建立有限元模型,模拟了可变径闸板防喷器的工作过程,对其前密封应力的分布和变化进行了分析,探讨了产生破坏的原因,便于优化设计。     

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。     

特大型钻井单闸板防喷器的研制

为满足用户的要求,在成功开发各型闸板防喷器系列产品的基础上,又成功地开发了我国首台特大型钻井单闸板防喷器。该防喷器采用APISpec6A法兰与其它井口设备连接,关闭及打开闸板总成均采用液压操作,闸板关闭后采用手动锁紧闸板轴的方法,可实现防喷器地面控制系统泄压。现场使用情况表明,它能满足钻井作业需要。按APISpec53推荐标准,每使用14d试压1次,共试压3次,均合格。在倒换井口之后进行常规检查,各部件均正常、完好,其经济效益是非常可观的。     

双闸板防喷器壳体非线性有限元分析

建立了双闸板防喷器壳体的三维实体模型及力学分析模型,用MSC.Nastran有限元分析软件对壳体进行了承载能力分析,考虑了材料的弹塑性特性,分析了壳体的极限承载能力、多种载荷情况下的应力应变情况及进入塑性状态的载荷和塑性扩展区域,为验证设计的安全性、合理性及进一步改进设计提供了依据。     

Williams高压旋转防喷器国产化要点浅析

旋转防喷器是欠平衡钻井的关键井控设备之一，现文以Williams7100型高压旋转防喷器为例，分析了其壳体总成、旋转总成以及钻具密封的设计分析要点，旨在推动该装置的国产化进程。     

旋转防喷系统试验装置的研制

旋转防喷系统是实施欠平衡钻井的关键设备，其使用可靠性关系到欠平衡钻井作业的成败和施工人员的生命安全。为提高旋转防喷系统的维护、保养和检修水平，研制了用于模拟现场使用工况的试验装置．对旋转防喷系统进行测试和检修。文章分析了试验装置的结构及工作原理。介绍了试验台架中的液体体积补偿装置及计算机监测系统，描述了目前世界上压力等级最高的旋转防喷系统在该试验装置上进行各种试验的情况。模拟试验为检测和判断井口压力控制设备是否正常工作提供了定量分析的依据。为欠平衡装备研究提供了必要的技术支持。     

新型水下防喷器导向系统的研制

研制出了一种新型水下防喷器导向系统,该导向系统省去了导向基板,在水下防喷器下放过程中,利用加装了特制铁钩的导向绳和预先焊接在水下基盘上的挂耳,能够简单有效地解决水下防喷器下放过程中的导向问题。所研制的新型水下防喷器导向系统已成功应用于陆丰13-2油田开发工程,具有良好的应用前景。     

封井器吊装架横梁的侧向屈曲临界载荷计算

狭长矩形梁的侧向屈曲,是机械设备和工程结构设计中应该考虑的一个重要问题。在分析封井器吊装架外伸梁的侧向屈曲问题时,推导了外伸梁侧向弯曲的微分方程,并用无穷级数法求解,得到了外伸梁在自由端受集中载荷时的侧向屈曲临界载荷的数值结果。推导了用能量法计算侧向屈曲临界载荷的计算式,并给出了近似解。发现外伸梁可以分解为简支梁和悬臂梁,外伸梁的临界载荷为简支梁和悬臂梁的较小者。得出的结果为机械设备和工程结构的设计提供了依据。     

防喷器用户满意度测评体系和评价方法研究

有关用户满意CS(Customer Satisfaction)，用户满意度CSD(Customer Satisfaction Degree)及其测评的研究近年来成为国内外学术界、企业界的一大热点。文章详细论述了用户满意度测评体系和评价方法．并以油田井口防喷器为例讨论了用户满意度测评体系和评价方法的研究。     

防喷器自动化试压系统设计与应用

阐述了防喷器自动化试压系统的设计原理与现场应用，该系统由安全防护、摄像监视与数据采集3部分组成，利用固定式和行走式防护墙实现了安全隔离高压区，应用可移动式摄像监视机构实现了计算机全方位监控试压过程，压力检测系统与计算机相联接实现了实时采集试压全过程技术数据．并可通过打印机输出完整的试压资料；该系统的额定工作压力为105MPa，高压区为高度3．5m、水平面直径φ4．5m的圆柱空间。防喷器自动化试压系统设计完成后，经过全面调试，测试各类防喷器106台．系统运转良好．各项技术指标都达到了设计要求。     

新型内防喷器安放位置分析

开发设计了一种新型内防喷器,并完成了工业性试验和理论研究工作。该防喷器主要由固定外壳、滑座、旋板阀等组成,固定外壳固定在钻杆或钻铤上,钻进中随钻柱一起转动,与钻柱承受同样的扭矩、钻压和冲击振动。对其安放位置及井喷压力进行了简要分析和探讨,建立了钻头压降与流量、流体密度的关系曲线。分析表明,当流量Q=10L/s,流体密度为1.2g/cm3时,假设井深为4000m,井底压力为70MPa,内防喷器安放在距钻头2m,钻具中部100、200、500、1000m处时,防喷器处内外压差为4.164、4.366、4.572、5.190、6.220MPa,为内防喷器的控制提供了理论数据和依据。     

旋转防喷器高压旋转动密封技术的探讨

旋转动密封是欠平衡钻井旋转防喷器中的主要部件，从可靠性和经济性为讲，它一般为限制性部件，其影响设备的整体性能。现文通过对高压旋转动密封技术发展的回顾及应用现状分析，提出了在欠平衡钻井旋转防喷器中应用Kalsi高压旋转动密封技术的可行性，为欠平衡压力钻井配套技术研究课题中旋转防喷器的国产化提供了技术支持。