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(157.5MPa)和静水压力(105MPa)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391.2MPa,均小于屈服极限值785MPa,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。

闸板防喷器密封失效原因及对策分析

针对川渝东部地区高陡地质构造,碳酸盐岩地层,高压、高产、高含硫天然气井特点,在钻井工程中,一旦发生溢流,要求尽快关井,及时组织二级井控,重建井内压力平衡。闸板防喷器关井速度快、耐高压,是二级井控最重要的设备。文章总结了闸板防喷器使用多年以来,在试验和现场使用中出现过的密封失效问题。通过对闸板防喷器密封失效实例分析判断,根据现场的实践经验,找出了引起密封失效的基本原因,提出了解决办法和对策,以期引起从事防喷器设计、生产、管理、使用人员的高度重视。通过各个环节的把关,消除闸板防喷器密封失效的不利因素,保证闸板防喷器使用安全可靠。

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。

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。

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。

组合式闸板胶芯性能的正交试验和回归分析

带压作业的闸板防喷器胶芯密封结构多采用组合密封,橡胶基体和耐磨块的材料特性同时影响胶芯的密封性能。为了分析闸板胶芯的材料参数对其密封性能的影响,选择胶芯密封面上的有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度作为密封性能的评估指标,基于正交试验法分析影响闸板防喷器胶芯密封性能的主次因素及规律,建立了材料参数与有效应力之间的多元完全二次非线性回归模型,并分析了各参数的交互作用。分析结果表明:各因素对密封面上有效接触应力和橡胶基体上最大应变能密度的敏感性大小顺序为操作压力>耐磨块弹性模量>橡胶基体硬度>耐磨块泊松比;建立的多元回归模型的拟合剩余标准差分别为0.5130和0.3141,可以用该模型精确地分析材料参数与胶芯密封性能的关系;组合式闸板防喷器胶芯耐磨块最佳弹性模量为700~800 MPa,泊松比为0.40~0.47。所得结果可为组合式闸板防喷器胶芯的材料参数设计提供依据。

海洋闸板防喷器剪切能力评估

针对深水油气管柱紧急断开时闸板防喷器剪切坐放短节作业的安全可靠性,基于材料损伤理论建立剪切过程有限元仿真分析模型,分析剪切过程中剪切短节应力场、应变场的演变规律,并研究刀型、材料属性对闸板剪切力的影响。研究结果表明,闸板防喷器剪切能力公式分析结果较为保守,有限元仿真评估结果较为准确,具有较高的实用性;剪切短节被切断过程中,短节先被压扁,外侧受拉,内侧受压,继而从两端向中间沿应力最大点的移动而剪断;不同几何参数剪切闸板剪切坐放短节所需实际剪切力不同,修改几何参数可在一定程度上提高防喷器剪切性能。同一剪切刃的剪切闸板,剪断不同材料剪切短节所需剪切力与该材料屈服强度成正比。研究结果可为闸板防喷器剪切能力分析及闸板设计与选型提供参考。

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。

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。

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别及应力组合 。

闸板防喷器胶心偏心距取值范围计算

为保证闸板防喷器能可靠地封闭井压，闸板胶心偏心距的取值必须合理。依据闸板胶心可靠、合理的封井条件，确定了保证闸板防喷器正常工作的胶心偏心距ｅ的取值范围，并以ＦＺ２８—７０型闸板防喷器为例进行了分析计算。

抗硫剪切闸板的研制

针对陆地含硫化氢油气田以及海洋高压高含硫油气勘探开发的要求,研制了适应于硫化氢环境下作业的剪切闸板。该闸板外形为长圆形,在有限的空间内实现了分体结构设计,集剪切与密封为一体,结构紧凑合理,能够满足S135级外径139.7mm钻杆剪切的要求。刀体表面采用抗硫化氢涂层技术,具有较高的耐磨性和耐硫化氢腐蚀性能。试验结果表明:该抗硫剪切闸板能够在较低的液控压力下完成对钻杆的剪切,并且能密封空井,密封井压可达到105 MPa,试验结果符合API Spec 16A标准的要求。

闸板防喷系统重要部件参数化设计

闸板防喷器系统是带压作业中常用的井口防喷装置,作为承压部件,该装置各部分的设计涉及到很多因素,设计难度大、周期长。为此,开发了一套基于VB和SolidWorks的闸板防喷系统主要部件参数化设计软件,利用该软件,可以方便、快捷地设计出所需零件,并能对其进行应力-应变分析、位移分析等。该软件既可作为快速设计工具,也可作为仿真培训软件。

F48-70型水下防喷器组研制

结合目标平台,采用防喷器结构优化技术、胶芯超弹性复合体三维仿真模拟分析技术、高强度高韧性低合金钢制造技术、抗硫剪切闸板设计制造技术、耐高温胶料配方及硫化技术等水下防喷器组关键技术,研制出了国内首套F48-70型水下防喷器组。F48-70型水下防喷器组配置了抗硫剪切闸板、耐温177℃管子闸板、耐温149℃变径闸板,可满足高温高压、高含硫井钻井作业要求。该防喷器组通过了中国船级社、挪威船级社、四川科特石油工业井控质量安全监督测评中心等第三方的检验,检验结果符合API Spec 16A要求,为该水下防喷器在海上应用奠定了基础。

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。

带增力液缸闸板防喷器的研制

随着钻井作业环境的不断变化,使用管柱的级别越来越高,对剪切闸板的剪切能力提出了越来越高的要求。在作业过程中,提出了带井压剪切大直径大壁厚高冲击功管柱的要求。为提高防喷器的剪切能力,在原有闸板防喷器的基础上串联一个增力缸,可提高了剪切力60%~100%,通过不同工况下剪切数据对比,带增力缸防喷器的剪切能力远高于普通防喷器。为提高钻井作业安全,建议在井压较高、管柱强度级别较高和壁厚较大的井口,采用带增力液缸防喷器。

深水防喷器状态监控系统研究进展

概述了深水防喷器状态监控系统的研究意义,以及国外三家公司NOV、GE、Cameron的相关产品。介绍了国内对防喷器状态监控系统的研究现状,分析了防喷器状态监控系统的构成。研究深水防喷器状态监控系统可在钻井过程中实时监控系统状态,并可根据钻井数据制定预防性维护计划,有效降低设备故障导致的停机时间,提高系统的可靠性和安全性。

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。

手动电缆剪切双闸板防喷器的设计开发

针对普通手动电缆闸板防喷器在井下作业中密封性能差的情况,设计开发了手动电缆剪切双闸板防喷器。通过设计研制剪切闸板和卡紧闸板2个核心部件,不仅能有效防止井喷事故的发生,而且方便后续的打捞作业。该产品结构简单,操作方便,性能可靠,满足了油田井下作业的实际需要,值得推广应用。

连续油管防喷器闸板导向结构优化设计

为提高井控安全设备的使用性能,针对连续油管在结构设计和使用过程中的特殊性,对连续油管闸板防喷器的核心部件——管柱密封闸板总成的导向结构进行了优化设计,其中包括闸板前端导向块厚度、导向角度,底部导向槽的结构尺寸以及与闸板总成配合的导向杆的结构尺寸的优化设计。在保证闸板防喷器密封可靠性的同时,避免了在进行管柱密封过程中对闸板总成和连续油管造成损伤。经导向试验证实,优化后的管柱密封闸板总成的导向能力有大幅提高,增强了连续油管闸板防喷器的安全可靠性。