为油田创效的卡块式锥形胶芯环形防喷器

环形防喷器是石油及天然气钻井工程中必备的设备,它具备有效封闭井口装置、防止钻井时井喷以及处理其它复杂情况等功能。其特点是承压高、操作方便、安全可靠、结构紧凑、开关迅速,特别适用于密封各种形状和不同尺寸的管柱,也可全封闭井口。采用美国Hydril公司的先进技术,公司成功研制了卡块式锥形防喷器。     

FHZ28-105型环形防喷器胶芯研制

为满足高压油气井的井控要求,研制了FHZ28-105型环形防喷器。胶芯是其关键部件,采用锥形结构,材料为丁腈橡胶,并设计了金属骨架。应用有限元软件分析了胶芯的形变、接触应力和应变,符合设计要求。室内试验表明,胶芯的密封压力可达105MPa。为高压防喷器的国产化提供技术支持。     

球形防喷器胶芯密封钻具效果评价

国产球形胶芯的密封性能差、使用寿命低,不能满足钻井作业需求.以FH35-35型球形防喷器胶芯为研究对象,建立胶芯密封钻杆的三维有限元模型.分析结果表明:胶芯上部及底部出现应力集中,是导致胶芯发生破坏的主要原因;密封长度随活塞位移增加而逐步增长,但密封压力的增长却有一段停滞期,指出活塞最小行程不宜低于166 mm;胶芯内圆柱高度在210～220 mm时,密封压力、密封长度最佳,且密封区域的应力低,有助于提高胶芯的使用寿命.     

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.     

旋转防喷器锁块式锁紧机构研制

通过对国外旋转防喷器锁紧机构的研究,从中发现不足之处;研制了新型的锁块式锁紧装置。该装置采用液控操作,由活塞带动嵌在壳体上的锁块完成锁紧和解锁功能,且具有显示机构和机械锁紧功能。克服了现有锁紧机构外形庞大、费时费力的缺点。厂内试验及现场应用表明:该机构结构合理,操作方便,能可靠地锁紧和解锁。     

液压球形防喷器胶心骨架的力学分析

通过液压球形防喷器胶心骨架力学模型的建立、载荷处理及有限元计算分析,确定了骨架结构的高应力后,为骨架结构的优化设计和等强度计算奠定了基础。     

球形防喷器胶心失效的形式及原因

液压球形防喷器胶心失效的形式有球形胶心难以回弹复位、橡胶撕裂与脱落和骨架疲劳砍断等三种，失效原因主要是球形胶心在工作过程中橡胶老化、橡胶承受压缩与剪切作用产生裂纹和骨架上板块在封井状态下发生弯曲变形等。提高球形胶心使用寿命的措施一是改进橡胶配方和提高橡胶硬度，二是优化骨架结构。实践表明，采用上述改进措施后，国产球形胶心已达到或超过ＡＰＩ规定的性能指标。     

旋转防喷器胶芯结构分析及优化

旋转防喷器是欠平衡钻井的关键设备,带压作业过程中其密封性能是保证安全生产的重要因素。现有的国产旋转防喷器存在胶芯密封不严以及易发生疲劳损伤失效等问题。鉴于此,利用ABAQUS软件建立了旋转防喷器胶芯动态密封有限元模型,对胶芯预紧工况下和起下钻工况下旋转防喷器的力学性能进行了分析,分别讨论了胶芯硬度和铁芯结构对旋转防喷器胶芯使用寿命的影响。分析结果表明:在带压下钻过程中,胶芯呈轴向拉伸变形状态,起钻过程中胶芯呈向上压缩变形状态,且起钻和下钻工况对胶芯密封性能影响不大,下钻工况的密封性能略大于起钻工况;胶芯材料硬度为80 HA时,胶芯的使用寿命最长;优化改变铁芯结构可使胶芯使用寿命延长。室内密封试验以及现场试验证实了有限元优化结果的可靠性。研究成果对延长胶芯使用寿命和提高油田作业安全具有重要的现实意义。     

球形万能防喷器胶心密封几何参数的计算

根据球形防喷器胶心的密封动作状况,工作性能要求,从几何关系出发,导出了胶心在密封过程中各结构参数的通用精确计算公式,并以FH28-35球形防喷器为例,计算了各密封参数值。     

闸板防喷器胶芯密封及损坏机理分析

以闸板防喷器胶芯为研究对象,通过试验确定了胶芯的本构关系,建立了闸板防喷器胶芯与钻杆的三维简化模型,对胶芯与钻杆进行了接触分析。研究了4种不同冲击载荷作用下胶芯与钻杆之间的接触应力分布规律,结果表明,在胶芯与钻杆的接触面上出现了一个长条形的应力集中区,对密封起主要作用;冲击压力的不断增加,使得胶芯与钻杆之间的接触面积不断减小是导致胶芯密封失效的原因,并将该分析结果与油田现场胶芯密封钻杆的实际情况进行了比较,发现胶芯损坏的部位均处于胶芯接触应力集中处。     

可以封闭365次的NL型防喷器胶芯

由美国二十一家厂商发起进行的工业试验证明,雪菲(shaffer)公司的NL型防喷器胶芯(见图)的使用寿命十倍于其他各种防喷器的胶芯。 试验是在模拟油田实际条件下进行的。第一台NL型球形防喷器的胶芯在工作压力下成     

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.     

闸板防喷器胶芯密封参数算法及结构优化

根据闸板防喷器工作性能要求,通过建立闸板总成力学模型,应用橡胶非线性大变形理论,研究了胶芯密封比压与偏心距等密封参数的确定方法。并依据胶芯可靠、合理封井的条件,确定了保证防喷器正常工作时偏心距的取值范围。最终在此基础上对胶芯结构进行了优化。     

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。     

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。     

对Williams高压旋转防喷器用胶芯的分析研究

通过采用有限元软件Marc进行分析,揭示了Williams 7100型高压旋转防喷器用胶芯的工作特性,探讨了胶芯的结构、材料、制造等相关技术,提出相应的解决方案,为进行胶芯的研制提供参考.     

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。     

环形防喷器封井过程的数值模拟

环形防喷器是石油钻井行业常用的重要设备,但是国内在大口径、高压力级别的环形防喷器的设计和制造方面,还不能完全满足生产需要。为此,在建立锥形胶心环形防喷器的三维有限元模型的基础上,通过对无钻杆和φ89mm钻杆2种状态下封井过程的数值模拟,得到了胶心变形时各部分橡胶的运动规律和应力、应变的分布状况,指出容易发生破坏的部位,分析了封井时密封部位接触压力的分布形态和变化规律,为设计和使用环形防喷器提供了理论参考依据。     

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。