2FZ18-35型小修作业用双闸板防喷器壳体设计

在研究小修作业用双闸板防喷器结构特征的基础上，提出了双闸板防喷器壳体结构设计的基本原则，并设计了一种新型壳体结构。为验证设计的合理性，对所设计的壳体进行了有限元分析，提出了建立1／4模型进行有限分析的建模方法，利用该模型，分析了法兰与壳体联接部分过渡圆角对壳体应力的影响，得到圆角半径在9～12mm之间为宜。经70MPa静水压试验分析结果表明，壳体强度满足API规范要求。     

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。     

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。     

双闸板防喷器主壳体的有限元强度分析

为便于分析，简化了双闸板防喷器的结构。在额定工作压力和静液压试验压力2种情况下，采用ANSYS分析软件对双闸板防喷器承压主壳体进行了有限元分析计算，证明有高应力区。按照ASME应力分析法分析其应力类剐及应力组合，表明该设计是安全的。     

FZ54-70型单闸板防喷器低高温试验装置研制

防喷器等井控装备在低温或高温环境下,极易造成装备中的金属及非金属密封件失效或产生物理变形等。为模拟现场使用过程中井控装备在恶劣极端的环境温度变化,分析其性能的优劣,研制了FZ54-70型单闸板防喷器低高温试验装置,并应用该装置进行了模拟试验。试验过程及结果符合API 16A规范的要求。试验结果表明:该防喷器试验装置安装便捷,性能可靠,并可在其他型号的防喷器试验中推广应用。     

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。     

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。     

闸板防喷器壳体应力分布试验测试与分析

目前对于闸板防喷器壳体受力分析一般限于有限元分析以及理论研究,少有结合试验进行验证分析。鉴于此,以FZ28-105单闸板防喷器为例,分别对额定工况和静水压情况下壳体受力进行试验测试,并建立壳体三维模型进行有限元分析。对2种分析方法的结果进行对比,发现壳体外表面的应力分布试验测试结果与仿真结果基本相符。同时指出了利用试验测试和有限元分析方法确定的壳体内外表面的应力集中区域。该试验方法和结果可为闸板防喷器的设计及在役防喷器的安全评价提供参考。     

FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的优化设计

此次的优化设计是在以往的FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的基础上,通过对防喷器液压锁紧机构从结构设计的方面进行改进,优化后的产品在锁紧以及解锁的可靠性方面得到了提高。按照此优化设计生产的防喷器通过了API 16A要求的各项出厂试验,可以满足生产作业现场的使用要求。     

FZ28-105闸板防喷器承压件在装配体下的应力计算

闸板防喷器关键承压件三维模型有限元分析目前存在一定的局限性。为此,利用Cosmosworks有限元分析软件开展了FZ28 105闸板防喷器的壳体及侧门等关键承压件的力学分析。在装配体下先定义防喷器计算的约束边界、载荷及其有限元网格等条件,把装配体中的壳体与侧门在载荷的冲击下作为整体分析,然后分别在额定工作压力（157.5 MPa）和静水压力（105 MPa）试验条件下进行应力分析计算。结果表明：最大应力都发生在壳体垂直通孔与长圆形通孔相贯的上壁,为减少其应力的过度集中,在设计中应将该处作倒角处理;静水压试验压力载荷状态的上壁应力值达到591.2 MPa,额定工作压力状态的上壁最大等效应力值为391.2 MPa,均小于屈服极限值785 MPa,壳体处于弹性状态,壳体、侧门设计强度符合API规范,说明该设计是安全的。该成果为成功试制FZ28 105闸板防喷器提供了关键的支持数据。     

滩海油田修井作业防喷器设计研究

基于滩海油田现场作业的实际情况和人机工程学及安全可靠性的要求,设计了高度尺寸小、机械和液压并联锁紧及卡瓦抱紧闸板于一体的滩海油田修井作业防喷器,并对主要承压件壳体进行了额定工作压力和静水试验压力下的有限元分析,得到应力分布规律,强度达到要求,安全可靠。     

FX28-35型旋转防喷器的研制

国内欠平衡钻井普遍实施 ,要用到的旋转防喷器是关键设备 ,技术含量高。国内正进行一种旋转防喷器的研制 ,它的性能指标参照当前主流相关设备设计。研制旋转防喷器有几大难点 ,主要集中在密封胶芯、旋转动密封及轴承 ,各自的寿命满足实际应用是保证钻井施工安全的关键。通过大量的元件选型、设计、制造和试验的工作 ,特别是出厂前的大量模拟欠平衡试验 ,解决了这些关键问题。选用高技术含量的元件才能设计生产出高技术产品。费时费钱的大量的试验是该旋转防喷器获得初步成功的前题。     

电控型地面防喷器控制装置研制

气控型地面防喷器控制装置在使用过程中存在控制滞后时间长、气管线因水气凝结结冰而堵塞,导致控制失灵等问题。目前,其他厂家生产的电控型地面防喷器控制装置未完全脱离气源的限制。为解决以上问题,研制了数字化纯电控型地面防喷器控制装置。该控制装置具备数据采集、传输、显示及处理功能;使用防爆牵引电磁铁代替气缸控制转阀进而实现防喷器开关动作,响应快,不使用压缩空气;使用通信电缆代替气管缆,实现司钻控制台与远程控制台的控制信号传输,避免因水气凝结结冰而造成气路堵塞,导致控制失效的问题。     

防喷器承压起下钻模拟试验装置研制

为了研究防喷器在井筒带压起下钻作业工况下的密封性能,研制了防喷器承压起下钻模拟试验装置。包括能够模拟35 MPa带压环境的井口系统和起下钻速度达到600 mm/s的起升装置。此试验装置可用于防喷器的性能试验和密封胶芯的可靠性研究。介绍了该试验装置的井口系统、液控系统、电控系统的设计原理。试验结果表明:该装置能够满足防喷器的承压起下钻试验要求。     

带压作业闸板防喷器胶芯密封性能分析

利用三维建模SolidWords软件及有限元分析软件ABAQUS,建立了带压作业闸板防喷器胶芯与管柱密封结构的三维简化模型。该密封结构属于组合式密封结构,由丁腈类橡胶(NBR)组成的橡胶基体和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)组成的耐磨块构成。研究了3种不同封井压力作用下胶芯与管柱之间的应力分布规律。结果表明:在液压封井力为20 MPa时,该闸板防喷器胶芯可用于密封井底压力不超过35 MPa的带压作业环空; 胶芯失效位置主要集中在橡胶基体与上下垫板接触区域及耐磨块圆弧面上靠近中线位置区域,与现场实际应用中胶芯的失效位置基本相符,验证了分析的正确性。     

现场检验SFZ18型防喷器密封装置的研制与应用

为了满足现场对防喷器的试压检验要求,研制了现场试压检验装置。介绍了该装置的结构组成、工作原理以及现场使用情况,同时还与Z331试压胶塞进行了对比,该装置的作用明显优于试压胶塞,安全可靠,操作简单,节约成本。     

深水钻井隔水管与防喷器紧急脱离后的反冲响应分析

深水钻井中,若底部隔水管总成与防喷器紧急脱离,隔水管会反冲,易导致钻井事故。为了解隔水管紧急脱离后的反冲响应规律,分析了隔水管反冲产生的原因及反冲响应过程,明确了隔水管反冲响应的机理和关键影响因素。在此基础上,建立了隔水管张紧器及钻井液下泄分析模型,以探究张紧力随活塞冲程变化的规律及钻井液下泄时作用在隔水管上的摩擦力随时间变化的规律。综合考虑各关键影响因素,基于ANSYS有限元分析软件,建立了隔水管反冲响应分析模型,并以1 500 m水深钻井中的隔水管为例,计算、分析了不同紧急脱离时刻和顶部张紧力条件下的反冲响应。分析结果表明,与防喷器紧急脱离后,隔水管在顶部张紧力作用下加速向上反冲,伸缩节冲程减小。研究认为,紧急脱离的时间与顶部张紧力的大小对隔水管反冲响应有重要影响,因此应合理选择紧急脱离时刻和顶部张紧力,以保证紧急脱离条件下深水钻井隔水管系统的作业安全。      

闸板防喷器承压件在线监测装置的研制

鉴于目前国内还没有对防喷器运行状态进行在线监测的仪器或装置,为确保防喷器运行状态安全,研制了闸板防喷器承压件在线监测装置。该装置是通过安装在闸板防喷器腔体内部及壳体上的传感器,监测其内部工作压力、油路开关压力、内部温度和关键部位形变参数,实现了对闸板防喷器在出厂前、井控车间和钻井现场全过程监管。还能对各种超规范工作环境及超安全极限进行报警,提高了现场闸板防喷器运行的可靠性。试验及应用结果表明,该装置能满足井控车间各种试验的数据监测及意外着火情况下数据保存的要求,提高了防喷器安全管理水平。     

液压防喷器剪切闸板的设计

介绍了根据API　Spec16A的要求设计的液压防喷器用剪切闸板，确定了设计剪切闸板的目标、方案、结构、剪切力大小的计算、密封结构及密封件的设计，根据试验结果推导出了计算剪切力大小的经验公式，为其他类型剪切闸板的设计提供了依据。