剪切闸板防喷器工作机理分析及结构改进
剪切闸板防喷器工作机理分析及结构改进
防喷器是勘探和开发油、气田,阻止井喷事故发生,控制钻井压力的关键设备。
在紧急情况下,剪切闸板防喷器可以剪断井内管柱,关闭井口,实现安全生产。
为了研究剪切闸板的工作机理,本文对剪切闸板的剪切和密封过程及性能进行了分析。
并在分析基础上提出了有效的改进措施,进一步提高了剪切闸板的工作性能,提高了钻井和井控的安全性。
针对剪切闸板工作机理,分析了钻杆材料本构模型、断裂准则以及在剪切作用下的变形规律；通过有限元软件Abaqus的显式动态分析模块对剪切闸板的剪切力学行为进行了仿真分析,结果表明：ISR型剪切闸板可以顺利剪切5"及以下钻杆,剪切5"以上钻杆有失效危险、SBR型剪切闸板可以顺利剪切4"及以下钻杆；在剪切过程中ISR型应力峰值更低,刃口变形量更小,ISR型剪切闸板剪切性能更优。
通过分析各结构参数对剪切过程的影响,得到ISR型剪切闸板最优的结构参数,可降低闸板上应力峰值及变形位移,提高闸板的剪切能力。
ISR、SBR型剪切闸板剪切实验结果显示,钻杆断口与仿真分析钻杆断口形貌,实验闸板与钻杆接触部位与仿真分析的高应力区形状都高度吻合,证明了仿真结果较为可靠。
通过三维扫描仪对剪切前后的闸板刃口进行扫描、对比,可知一次剪切后闸板刃口塑性变形很小,不会影响后续密封。
闸板的密封性能直接影响关井的成功与否,文中对闸板关井过程中的密封性能进行了模拟。
根据计算流体力学,利用Fluent软件对闸板关井过程中含沙气体对闸板刃口的冲蚀过程进行了数值模拟,发现固体颗粒对刃口的冲蚀量很小,不
会影响其剪切及密封能力。
并以ISR, SBR型剪切闸板为例,对其关键密封部位进行了分析,结果表明剪
切闸板密封能力超过100MPa,能够满足现场使用要求。
其中SBR型密封结构更好,刃口挤压不会损伤橡胶,橡胶寿命更长。
为了减少ISR型闸板密封过程中下闸板对密封橡胶的剪切损伤作用,对ISR 型剪切闸板进行了改进,改进后的浮动式密封结构简易有效,不仅可以减少闸板对密封橡胶的挤压、剪切和损伤,还能增强密封能力。
通过对ISR型、SBR型剪切闸板剪切和密封机理、工作能力的分析,为剪切闸板的现场使用提供参考；对ISR型闸板刃口结构参数和底密封结构的改进,提高了闸板的剪切能力和密封能力,增强其工作能力及可靠性,对保证钻井现场的安全有重大意义。
闸板防喷器结构与应用
通过合理配置和使用闸板防喷器，能够有效地控制和调节井 内压力，保障钻井作业的安全。
压裂酸化作业中的应用
控制酸化液外泄
在压裂酸化作业中，闸板防喷器用于控制酸化液的流动，防止酸化液外泄对环境 造成污染。
提高作业效率
通过闸板防喷器的控制，能够更好地调节酸化液的流量和压力，提高压裂酸化作 业的效率。
闸板防喷器结构与应用
目录
Contents
• 引言 • 闸板防喷器结构 • 闸板防喷器工作原理 • 闸板防喷器的应用 • 闸板防喷器的维护与保养 • 未来展望
01 引言
目的和背景
01
石油和天然气开采过程中，防喷 器是控制和防止井喷事故的关键 设备。
02
随着开采深度的增加和技术的进 步，对防喷器的性能和可靠性要 求也越来越高。
安全保护装置
紧急关闭装置
在紧急情况下，可以通过手动或自动方式快速关闭防喷器，以防止事故扩大。
超压保护装置
当井内压力超过防喷器的额定压力时，超压保护装置会自动开启，防止防喷器 因超压而损坏。
04 闸板防喷器的应用
油气井控中的应用
防止井喷事故
在油气井钻探过程中，闸板防喷器用于控制和关闭井口，防 止井喷事故发生。
应用领域拓展
海洋钻井领域
随着海洋资源的开发利用，闸板 防喷器在海洋钻井领域的应用将
进一步拓展。
非常规能源开采
随着非常规能源的开采，如页岩 气、煤层气等，闸板防喷器的应
用将更加广泛。
深海工程
在深海工程领域，闸板防喷器将 发挥重要作用，保障深海作业的
安全。
THANKS
壳体是防喷器的主体，通常由厚钢板 焊接而成，具有足够的强度和刚度， 能够承受井内高压流体和井口装置的 重量。
剪切闸板的密封结构与应用分析
中图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ２ ２ ； Ｔ Ｅ ９ ２ １ ． ５ 文 献标 志码 ： Ａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｄｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗｏ ｓ ｅ ａ ｌ ｉ ｎｇ ｍｏ ｄｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｍ ｉ ． ｅ ．ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｉ ｓ
井控 系 统 的重要 组 成部 分 ， 用于 关 闭井 口， 封 闭 套 管 与 管 柱之 间 的环 形空 间 ． 防止 井喷 事故 发 生 ， 是 油 田 常 用
的 防止 井喷 、 井 涌 的核心 安 全密 封装 置 。
下 剪切 刀刃 前端 面 与前 密 封胶 芯
接 触 ． 在 液 压 力 及 井 压 助 封 下 实
刃 上 下 平 面 密 封结 构 剪 切 闸板 。这 种 结 构 的 剪 切 闸板 缺
确 保 完成 剪 切钻
杆 并 实 现 密 封 的
点是， 在剪 切钻 杆 时 ， 被 剪 钻 杆 相 对 闸 板 体 的 移 动 极 易 导致 密 封 面被 刮伤 损坏 ， 无 法确保 密封性 能 。 大 大降低
在 遇 到 井 喷 等 紧 急 情 况 时 ．关 闭 液 压 防 喷 器 剪 切 闸 板 可 剪 断 井 内 管 柱 并 进 行 封 井 …。 剪 切 闸 板 是 防 止
井 喷 的 最 后 一 道 屏 障 ， 一 旦 剪 切 闸 板 失 效 会 造 成 严 重
后果 。 因此 ， 对剪 切 闸板结 构 、 材料 选 择 、 密 封 形 式 都 有
收稿 日期 ： ２ ０ １ ７年 ４月
密封 面较 大 ， 有效 地减 小 了作用 在 密封 胶芯 上 的压 力 ，
闸板防喷器工作原理
闸板防喷器工作原理
闸板防喷器是一种常用于防止流体扩散和喷溅的装置。
它的工作原理主要依靠关闭和开启闸板来控制流体的流动。
当闸板防喷器处于关闭状态时，闸板与管道的间隙被完全关闭，阻止了流体的通过。
这种情况下，流体受到闸板的阻挡，无法自由流动，从而有效地防止了喷溅和扩散的发生。
而当需要流体通过时，闸板防喷器可以通过调整闸板的位置来开启管道。
通过与闸板的间隙控制，流体可以顺利地通过闸板防喷器而不发生喷溅和扩散。
闸板防喷器通常由闸板、密封装置、支撑装置等组成。
闸板一般采用耐高压、耐腐蚀的材质制成，以确保其密封性能和耐用性。
密封装置主要负责防止流体泄漏和阻止外界灰尘等杂质进入闸板防喷器内部。
支撑装置则用于固定闸板，保证其稳定性和可靠性。
需要注意的是，闸板防喷器在使用时需要根据具体的工作条件进行合理调整，以确保其工作效果。
同时，定期检查和维护闸板防喷器也是必要的，以保证其正常运行和延长使用寿命。
剪切闸板防喷器剪切钻杆断口几何形状研究
剪切闸板防喷器剪切钻杆断口几何形状研究刘冰1，赵永杰1，李栋1，陈金钢1，李涛2，3，谢鹏2，3（1.山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266590；2.中山大学海洋工程与技术学院，广东珠海519082；3.南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东珠海519000）摘要：钻杆断口几何形状是反映剪切过程与剪切效果的重要因素，严重影响着闸板防喷器的作业效率与循环利用。
为得到符合实际的钻杆断口几何形状模型，本文以塑性变形理论为基础，结合钻杆在剪切闸板剪切过程中的变形情况，假定钻杆在剪切时的变形过程为八塑性铰结构，继而得到整个断口几何形状的模态解，同时使用ABAQUS 有限元软件模拟钻杆剪切过程，并针对4FZ 剪切闸板设计剪切实验。
结果表明，断口形状均近似为菱边带有小幅凹陷的菱形，与模态解所求一致。
经过对模态解的分析，在保证剪切闸板基本剪切结构不变，钻杆受力情况不变的条件下，当剪切闸板V 型角取85.24°，闸板倒角取13.83°时，钻杆断口变形量最小。
关键词：剪切闸板防喷器；断口形状；塑性变形；钻杆；有限元仿真中图分类号：TE931文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.04.009Study on geometrical morphology of the sheared drill pipe of shear ram blowout preventerLIU Bing 1,ZHAO Yong-jie 1,LI Dong 1,CHEN Jin-gang 1,LI Tao 2,3,XIE Peng 2,3(1.College of Mechanical and Electronic Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China;2.School of Marine Engineering and Technology,Sun Yat-sen University,Zhuhai 519082,China;3.Southern Laboratory of Ocean Science and Engineering (Guangdong),Zhuhai 519000,China)Abstract:The geometry morphology of the drill pipe fracture,which is an important factor reflecting the shearing process and shearing effect,significantly affects the operation efficiency and recycling of the ram blowout preventer.In order to obtain the actual drill pipe fracture geometry model,based on the plastic defor⁃mation theory,combined with the deformation of the drill pipe during the shearing process of the shear ram,it is assumed that the deformation process of the drill pipe during shearing is an eight plastic hinge structure,and then the modal solution of the whole fracture geometry is obtained.ABAQUS finite element software is used to simulate the shear process of drill pipe,and shear experiment is designed for 4FZ shear ram.The re⁃sults show that the fracture morphology is similar to diamond with a small depression,which is consistent with the modal solution.Through the analysis of the modal solution,with the basic shear structure of the shear ram and the force of the drill pipe kept unchanged,when the V-angle of the shear ram is 85.24°and the chamfer of the ram is 13.83°,the deformation of the drill pipe fracture is the smallest.第25卷第4期船舶力学Vol.25No.42021年4月Journal of Ship Mechanics Apr.2021文章编号：1007-7294（2021）04-0462-09收稿日期：2020-10-17基金项目：江苏省博士后科研资助计划项目（1601053C ）；工业装备结构分析国家重点实验室开放基金项目（GZ18120）；中山大学高校基本科研业务费青年教师培育项目（18lgpy24）作者简介：刘冰（1982-），男，博士，讲师，E-mail:*******************；李涛（1991-），男，博士研究生，通讯作者，E-mail:****************。
第三章--闸板防喷器
部分闸板防喷器设有二次 密封装置。
加注二次密封脂的操 作步骤是：
卸掉二次密封孔口 的六角堵头，用适当 工具顺时针转动注入 螺钉，强制棒状塑料 密封脂通过单流阀， 经间隔铜套径向孔进 入密封面。
注意！注入量不宜 过多，止漏即可。否 则，会增加活塞杆的 磨损及开关闸板的阻 力。
措施2：井压助封
在井内有压力时， 能从封闭的闸板背部 和下部产生一种助封 推力，助长前部和顶 部密封。 井内介质压力愈大， 助封力愈大。
措施3：自动清砂
闸板的底部有两条向 井眼倾斜的清砂槽
闸板开关动作时， 遗留在此的泥沙被闸板 排入槽中滑落井内。防 止堵塞，减少阻力与磨 损。
措施4：自动对中
3、可密封最大工作压力105 MPa。
三、闸板防喷器的结构
结构：由壳体、侧门、油缸、活塞、 活塞杆、锁紧轴、缸盖、闸板等组成。
闸板防喷器的结构图
双闸板防喷器的结构图
闸板防喷器的结构图
四、闸板防喷器的工作原理
关井过程： 液压油经关闭油口—壳体油路—铰链座—侧门油路—
液压油缸油路—缸盖油路—关闭腔—推动活塞与闸板--关井
2）开启时：液压油经壳体开启油口→壳体油路→ 铰链座→侧门油路→液缸开启腔。
闸 板 上 部 与 壳 体 之 间 密 封
闸板前部与钻具之间密封
壳体与侧门之间的密封图
活塞杆与侧门间的密封（双向密封）
3、活塞杆密封结构特点
活塞杆密封是双向密封， 防止井内介质和油缸油液互 相窜漏，起保护液压油免受 污染和漏失，减少泵及阀件 磨损等作用。
开井过程：
液压油经开启油口—壳体油路—铰链座—侧门油路— 开启腔 —推动活塞闸板离开井眼中心—闸板缩入闸板 室开井
2.2闸板防喷器解析
⑦换向阀扳至开位(使闸板缩回) ⑨关闭侧门,上紧螺栓
⑧ 泄压 ⑩充压 试压
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7)闸板关井操作
(1)闸板液压关井操作：换向阀手柄迅速扳至关位 (2)闸板长期关井操作：
（换向阀手柄扳至关位＋）顺旋到位 回旋半圈 (3)手动锁紧操作：
换向阀手柄扳至关位＋顺旋到位 回旋半圈 (4)开井操作（注：手动只能关闭，不能开井）：
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剪切示意
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V Shear Ram
Casing Shear
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UII BOP
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逆旋到位 回旋半圈＋换向阀手柄扳至开位
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8）闸板防喷器的二次密封
该密封分为两组： 1。一组密封井口高压流体 2。另一组密封油缸内高压油
密封具有方向性，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ装正确才起密封 作用。
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挤注方法
1）卸掉六角（或内六方）螺塞；
2）用专用扳手顺旋内螺钉，迫使棒状 二次密封脂通过单向阀、隔离套径 向孔进入密封圈的环隙。
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第三章 闸板防喷器
一、闸板防喷器的作用 二、闸板防喷器的类型 三、闸板防喷器的结构 四、闸板防喷器的工作原理 五、闸板防喷器密封原理及密封有效措施 六、闸板防喷器主要部件的结构特点 （壳体、闸板、活塞杆密封结构、侧门、锁紧装置） 七、闸板防喷器的基本关井、开井操作 八、闸板防喷器的正确使用与管理
一、闸板防喷器的作用
可以当作防喷器的普通全
封闸板使用。
剪切示意
剪切后的钻杆断口
4、闸板防喷器侧门
侧门作用 ： 1. 封闭闸板室
2. 传递液压油
3. 安装双向密封 4. 拆换闸板
传递液压油
闸板防喷器侧门类型
类型：
1. 平直移动式
承重与液路合一式铰链
2. 旋开式
承重与液路分开式铰链
2FZ35—
平移式侧们打开状态：
活塞
端盖
锁紧轴
机械锁紧装置状态判断 花键轴套结构 的锁紧状态
手动操作时， 花键轴只旋转 不做轴向移动， 是否锁紧不易 判断，需挂牌 标明。 锁紧状态
未锁紧状态
机械锁紧装置状态判断 锁紧轴随动结构状态示意
未锁紧状态 锁紧状态
丝扣不外露，不 生锈、损坏。
锁紧轴随动结构：
关井 解锁
锁紧
（司钻控制台上）
2、 液压开井
（1） 手动解锁-----逆时针旋转操作杆手轮 到位后回旋两手轮1/4—1/2圈。 （2）液压开井-----在钻台上操作空气换向阀 进行开井动作。
闸板防喷器的关井步骤
正常情况（远程控制台上） 1. 液压关井 2. 手动锁紧
闸板防喷器的手动关井步骤
特殊情况（液控失效）
2）开启时：液压油经壳体开启油口→壳体油路→ 铰链座→侧门油路→液缸开启腔。
第三章 闸板防喷器
液压关闭锁紧轴随动结构图
花键套结构图
简易锁紧装置图
机械锁紧装置
作用 类型 组成 手动锁紧与解锁的操作要领 闸板防喷器的关井步骤 闸板防喷器的开井步骤 机械锁紧与解锁的判断
机械锁紧装置的组成
（液压关闭锁紧轴随动结构为例）
活塞杆、锁紧轴、万向节、锁紧杆、手轮等
锁紧轴的结构特点
闸板防喷器的作用结构锁紧装置合理使用类型工作原理侧门技术规范常见故障与处理方法闸板前部与钻具之间的密封闸板上部与壳体之间的密封壳体与侧门之间的密封侧门腔与活塞杆之间的密封双向密封作用是防止井内介质与液压油相互窜漏闸板前部与钻具之间的密封闸板上部与壳体之间的密封壳体与侧门之间的密封侧门腔与活塞杆之间的密封双向密封作用是防止井内介质与液压油相互窜漏自动清沙自动对中闸板防喷器的作用结构结构特点锁紧装置合理使用类型工作原理技术规范合理使用侧门的作用拆换闸板的顺序侧门的类型及开关守则侧门功能封闭闸板室传递液压油安装双向密封按打开方式平直移动式侧门平直移动的侧门侧门的开关守则侧门未充分旋开或未用螺栓固紧前不许进行液压开关井动作旋动侧门时液控压力油应处于卸压状态侧门开关后液动伸缩闸板时应挡住侧门防止晃动闸板防喷器的关井步骤闸板防喷器的开井步骤闸板防喷器的开井步骤机械锁紧与解锁的判断液压关闭锁紧轴随动结构俗称丝杠式闸板防喷器的开井步骤机械锁紧与解锁的判断液压关闭锁紧轴随动结构为例活塞杆锁紧轴万向节锁紧杆手轮等丝杠式花键轴式简易式三种机构比较结构上维护保养方面是否锁紧直观性闸板防喷器的开井步骤机械锁紧与解锁的判断一般情况下有液压油特殊情况下液压失效液压关井手动锁紧手动关井将换向阀手柄搬向中位闸板防喷器的开井步骤机械锁紧与解锁的判断手动锁紧与解锁的判断简易结构式技术规范常用闸板防喷器的技术规范见井控设备33页
防喷器检修中存在的问题及改进措施探究
防喷器检修中存在的问题及改进措施探究天然气和石油资源是我们国家的重要能源，能够带动诸多产业的发展，与我们的生活息息相关。
防喷器是防止天然气和石油等资源井喷的重要装置，如果检修过程中出现问题，达不到防喷目的，必然对能源的保护与开采带来影响。
所以，定期对防喷器进行检修是非常必要的。
对此，文章对相关防喷器检修方面的内容进行了探究。
标签：防喷器；检修；问题；改进措施1 分析检修中存在的问题1.1 防喷器损坏形式多样在检修送检的防喷器时发现其问题，主要表现在以下几方面：侧门内六方螺栓磨圆无法起出；侧门密封圈老化破损造成侧门密封失效；闸板轴出现腐蚀麻点或密封圈磨损严重造成轴密封失效；闸板体变形；闸板胶芯破损；轴承保养不到位导致滚珠脱落进而导致开关阻力过大；保养不到位或井口装置组装不规范造成钢圈槽严重锈蚀或破损等。
1.2 防喷器厂家众多，执行标准不一在不同地区，往往存在多家防喷器的生产厂家，而各厂家执行标准不尽相同，这样使得同样规格型号的防喷器外形尺寸和内部配件尺寸千差万别。
这样在检修的过程中，一旦需要更换配件，就需要到相应生产厂家购买专门的零件、配件，这在某种程度上大大提升了检修的难度。
1.3 防喷器密封性能不符合标准经维修换件的防喷器组装好后，需要进行密封性能试验。
密封性能试验由低压试验和高压试验两部分组成。
不同油田单位对高低压保压时间有不同要求。
大部分试压不合格防喷器是因为试压高压时，压降高出标准规定的0.7Mpa，也有一些时候会出现低压试压不合格。
而一旦密封性能试验不合格，就需要进行再次检修。
2 影响防喷器检修的因素2.1 拆卸过程中遇到的困难首先，在防喷器的拆卸过程中，一些防喷器会出现侧门螺栓内外六方磨圆、螺栓连接孔严重变形造成侧门螺栓拆卸困难等情况，这样就造成拆卸工作费力费时，必要时需要动用电气焊作业协助方能完成拆卸作业。
其次，在对密封件进行拆卸的过程中，闸板与胶芯的过盈配合，闸板内槽的严重锈蚀都会在某种程度上加剧检修难度。
浅述防喷器检修中存在的问题及改进措施
2019年06月浅述防喷器检修中存在的问题及改进措施周建坡（河北华北石油荣盛机械制造有限公司，河北任丘062552）摘要：随着我国经济的高速发展，对石油资源的需要量越来越大，各种油田采油工程越来越多。
防喷器在石油开采环节中发挥着非常重要的作用，一旦其出现问题，不仅会对生产造成很大的影响，甚至会造成各种事故的发生，需要认真做好防喷器的检修工作。
为此，将要在文章中对防喷器检修中存在的问题及改进措施进行探讨，希望对促进我国石油事业发展，可以起到有利的作用。
关键词：防喷器；检修；问题及改进措施防喷器在油井作业中发挥着非常重要的作用，一旦发生问题，往往造成比较严重的后果。
我国在防喷器检修上已经出台了明确的规定，需要每六个月，对防喷器进行检修一次，避免因为防喷器故障造成的各种事故发生[1]。
防喷器的检修通常是由专业的人员来进行，在经过检修部门确定没有问题后，才能继续投入正常使用。
1防喷器的检修流程在防喷器的检修过程中，应该遵守以下的流程：一、做好对防喷器的拆卸回收处理。
在防喷器的检修作业时间到来后，应该按照要求对防喷器进行拆卸，并及时送往井控车间进行检修。
井控车间人员需要对防喷器的外观进行全面的检查，并做好相关数据的记录工作，最后由检查人员进行签字。
二、防喷器部件的整体拆卸。
由专业的检修人员负责对防喷器进行拆卸，并将拆卸完成的部件及时放入到清洗箩筐内。
三、防喷器的清洗工作。
防喷器的清洗需要使用专用的清洗池进行浸泡，并利用清洗枪对各个部件进行仔细的清洗。
四、防喷器各个部件的检查。
在防喷器部件清洗完成后，需要及时擦拭干净，并根据各部件的实际情况进行全面仔细的检查，确保各个部位，如防喷器丝扣、密封器件、连接部分没有出现严重的损伤。
如果发现部件出现损伤之处，应该及时进行修复，如果修复困难，应该及时进行更换。
五、对防喷器组件进行组装。
在对防喷器部件进行组装的过程中，必须将所有的密封件进行重新更换，并严格按照组装顺序进行组装[2]。