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。     

可变径闸板防喷器胶芯失效原因及预防措施

总结了可变径闸板防喷器胶芯在现场使用中出现的失效问题。通过对可变径闸板防喷器胶芯失效实例分析,结合现场的实际经验,找出引起胶芯失效的原因,并提出了解决办法,为防喷器胶芯设计、生产、检验、使用提供参考。通过各个环节的把关,消除可变径闸板防喷器胶芯失效的不利因素,为防喷器的安全使用提供了保障。     

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.     

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。     

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。     

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。     

“三高”气井井控配套新装置

井控装置是防止井喷,节流压井、处理事故的核心设备和最后一道屏障,其可靠性、操控性、稳定性决定了井控工作的成败。井控装置要求其具有强剪切力、稳定的密封性能和高抗冲蚀能力,但“三高”(高含硫、高压力、高产量)气井钻井所用钻杆尺寸、钢级、壁厚等已超出防喷器标准要求,导致井控装置存在防喷器剪切能力不足,全封—剪切一体闸板剪切后无法形成有效密封,节流管汇抗冲蚀能力弱等新问题。为此,在车间和现场实验、数值模拟的基础上对井控配套装置进行了系统改进。研究结果表明 ：①通过加装增力液缸,在套压 70 MPa 下,能剪断 ?149.2 mm×12.7 mm S110 钻杆;②全封—剪切一体化闸板上下密封改为前端密封,并采用斜面技术,既能对落鱼修整又能确保密封可靠性,剪切后能封住 105 MPa 压力;③基于现场模拟冲蚀实验数据,管汇 J₁号阀、J₄号阀优选圆柱形阀,对后端短节进行形状和抗冲蚀角度优化,提升了抗冲蚀能力,操控性更强。结论认为 ：①该配套,装置已在CS1 井等 30 余口“三高”气井成功使用,进一步展示了良好的应用前景 ;②目前井控设备方面的标准较钻...     

剪切闸板胶心密封特性研究

剪切闸板是闸板防喷器的核心部件,其剪切后的密封可靠性对井控安全至关重要。以ISR型内锁紧剪切闸板和SBR型全封闭剪切闸板为研究对象,通过有限元方法对其进行密封性能分析,并对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化。研究结果表明,在实际工况下,SBR型密封属于静密封,密封结构更好;而ISR型密封在密封过程中,其橡胶密封面受剪切作用,钻屑容易划伤橡胶面,导致密封失效。在无井压工况下,ISR型剪切闸板关井时井口压力低于橡胶接触应力,可实现有效密封;在有井压工况下,橡胶与闸板之间的接触应力增大,密封能力进一步提高,起到助封作用。随着橡胶压缩量增大,SBR型剪切闸板与橡胶之间接触应力呈线性增大。对ISR型剪切闸板进行结构改进与优化,即采用浮动式密封结构,这样不仅可以减轻密封橡胶的挤压剪切损伤,还能增强密封能力。当下闸板刃口倒角为15°时,下闸板移动过程中橡胶最大剪应力减小,橡胶更安全。     

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。     

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。     

非常规井控处理技术在塔里木油田的应用

常规的井控处理方法已被业内技术人员利用谙熟,结合现场使用实际,介绍一种非常规的井控处理技术：当井内发生溢流关井后,出现旋塞阀无法打开的紧急情况时,可以在钻台面上重新安装防喷器组,将钻具临时坐挂在原防喷器组上部,利用倒装的单闸板进行钻具外的密封,使用剪切闸板剪断钻具,重新组建钻台面防喷器组以实现压井作业。     

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.     

高温环境下防喷器的几个设计要点分析

提出了用于海洋油气勘探开发的高温高压防喷器设计中涉及的几个要点问题,即承压件的结构设计、温度场的模拟和橡胶件的改进等。针对这3类问题进行了详细的分析,依据ASME规范对研制的FZ48-105型闸板防喷器在高温条件下的疲劳寿命进行评估;对水下和陆地2种工况下防喷器的温度场进行了数值模拟,并阐述了目前橡胶件的改进方向。为高温高压防喷器密封件的设计提供指导。     

深水钻井防喷器选配关键因素分析

深水钻井防喷器组是保证海洋深水钻井安全的最关键设备。介绍了深水钻井防喷器组的基本配置方法,分析了防喷器组配置的关键因素,重点研究了闸板数量和类型、防喷器高度和压力等级、节流压井管线、蓄能器能力与辅助控制系统等。最后指出,应确保所有剪切闸板具有剪切特定钻杆及套管的能力,测试闸板和管子闸板不可混用,万能防喷器可考虑只采用1个;应确保ROV动作满足规范规定的响应时间要求,不推荐声纳辅助控制系统,应对新增辅助控制系统进行风险分析,以确保设计能兼容并能实现相应的功能;合适的防喷器配置有助于保证深水钻井安全,应该针对具体情况,制定统一的深水防喷器闸板和辅助控制系统配置标准规范。     

液手动半全封防喷器的研制与应用

针对现有常规液动防喷器体积较大,工作面较高,不能满足小修作业需要的问题,研制了液手动半全封防喷器。该防喷器是在满足基本技术指标的基础上,以结构简单、体积小和工作面高度低为出发点,采用单层闸板结构同时实现全封或半封关井的多功能液动、手动2用闸板防喷器,能满足井控安全要求,适合小修作业。室内及现场试验表明,该防喷器的各项技术指标均达到了设计要求,完全满足小修作业的要求。     

井喷关井水击压力计算及可靠性分析

钻井过程中,发生了溢流或井喷,应立即关井。关井过程中,防喷器需经受关井产生的水击压力作用。该文对井喷喷流为天然气、钻井液和气液两相混合物三种情况下的关井水击压力进行分析计算,并以此进行了关井可靠性分析。分析认为,仅在井喷喷流为钻井液且喷流速度较大时,关井方式应选择“软关井”,以降低关井水击压力,其他情况应选择“硬关井”,以减少地层流体侵入。     

BQFZ18—35半封-全封一体化封井器的研制

针对以往井口防喷器的特点 ,研制开发了BQFZ18— 35半封 全封一体化封井器。这种新型封井器主要由半封总成、全封总成和壳体三大部分组成 ,兼具半封封井器和全封封井器的优点和功能 ,并使半封闸板与现场使用的半封封井器闸板通用。 10 0多套封井器的现场应用表明 ,新型封井器开关灵活、密封可靠、承压高 ,是用于修井作业的理想防喷配套设备。     

页岩气井井筒完整性若干研究进展

在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题，主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果，总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入，认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中，压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注，并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的，通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系，对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性，还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果，对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。     

高含硫钻井软关井水击压力的ADINA模型

高含硫地质环境下钻井溢流发生时，及时关井非常重要，但关井产生的水击压力，可能使防喷器超压，而且易在井内最薄弱的环节发生压漏地层事故。通过对ADINA有限元软件的分析模拟计算，提出钻井溢流发生时关井的水击压力可用ADINA有限元软件来进行计算，模拟计算结果表明：“软关井”时水击压力波动较大，井口接近完全关闭时，水击压力突然增大；水击压力由井口到井底逐渐减小，井越深，井底作用的水击压力就越小。“软关井”水击压力的ADINA模型为关井水击压力的计算提供了新方法。     

超深水防喷器组及其控制系统配置探讨

超深水海域海洋环境极其复杂,对保证钻井安全的防喷器组及其控制系统的要求非常高。针对目前超深水防喷器组及控制系统没有统一的配置规范与标准和我国该方面产品研发及配置尚处于起始阶段的现状,提出了一种比较合理的防喷器组及控制系统配置方案。分析该方案中防喷器组中各种防喷器的功能和作用及控制系统的控制方法和特点,发现该方案与现行技术标准及HYSY981超深水钻井装置的防喷器组及其控制系统的配置方案相比,提高了对剪切防喷器的要求,并将备用控制系统和特殊控制系统作为了必配项目,超深水钻井作业的安全性和可靠性明显增强。