水下防喷器
水下闸板防喷器有限元建模及关井仿真分析
- 31 -第9期水下闸板防喷器有限元建模及关井仿真分析王鹏，张士超，葛伟凤（中海油安全技术服务有限公司， 天津 300450）[摘 要] 水下闸板防喷器在关井时井筒压力作用下闸板与壳体的相互作用应力复杂。
为分析闸板防喷器关井状态时闸板与壳体的受力状态，在建立整套闸板防喷器三维仿真模型的基础上，对其承压壳体及双闸板进行了有限元分析计算。
结果表明：防喷器闸板及壳体在额定载荷作用下均满足强度要求；防喷器高应力区域集中在壳体及闸板的接触部位，在防喷器检查及维保中应重点关注，确保钻井作业井控安全。
[关键词] 闸板；防喷器；有限元；井控作者简介：王鹏（1985—），男，湖北红安人，2008年毕业于长江大学石油工程专业，获学士学位，工程师，现从事海洋石油井控设备安全评估与检查工作。
水下防喷器是深水钻井作业不可或缺的井口承压设备[1]。
构造复杂的防喷器壳体作为防喷器最主要的承载部件，在瞬间关井载荷作用下的应力分布对分析其结构的安全性非常重要[2-3]。
唐洋等针对防喷器壳体进行了额定压力下应力试验及有限元分析确定了应力分布规律[4]，付海龙、马卫国等研究了带压作业情况下闸板胶芯的受力情况[5-6]，但目前少有针对关井后闸板与防喷器壳体相互作用应力研究。
闸板防喷器在关井动作时，由于受到井筒压力作用，闸板与壳体的相互作用载荷很大，因此有必要分析闸板防喷器工作时闸板与壳体的受力状态，为水下防喷器的安全评估提供参考依据。
1 几何模型的建立应力分析的关键及基础即是有限元模型建立。
为了使仿真分析结果更加贴近实际，在此依据图纸最大限度还原了水下闸板防喷器的三维实体模型。
1.1 结构组成闸板防喷器主要由闸板密封、侧门密封、液压锁紧等结构组成，可依据钻井作业需要配置高抗硫剪切全封闸板总成、管柱闸板总成或大范围变径闸板总成；防喷器采用液压开关侧门，实现快速更换闸板；采用液压自动锁紧闸板方式，可同步锁紧与关闭闸板，解锁与开启油路顺序操作；壳体、闸板体、侧门等承压件采用高强度、高韧性低合金材料，保证防喷器使用安全可靠；与井液接触的密封表面及钢圈槽堆焊耐蚀合金，其他密封沟槽及密封配合表面进行防腐处理，保护密封部位不被海水腐蚀；壳体的闸板腔体采用长圆形截面，腔室结构尺寸小，采用大圆弧光滑连接，减小结构不连续造成的应力集中；闸板体采用长圆形整体结构，前密封和顶密封可根据损坏情况单独更换，底部镶嵌耐磨板，减少闸板与壳体的磨损、拉伤等；侧门密封采用浮动密封结构，减少侧门螺栓的上紧力矩，提高密封可靠性。
半潜式钻井平台水下防喷器组侧门密封及失效机理分析
28随着钻井作业不断向中深水发展，水下防喷器组作为半潜式钻井平台最关键的井控设备之一,是实现安全钻井的可靠保障[1]。
其作用是在发生溢流、井涌、井喷时控制井内压力，在遇到台风等紧急情况下钻井装置撤离时关闭井口，保证人员、设备安全，避免海洋环境污染和油气资源遭受破坏[2-4]。
由于海上抢险、逃生和救援极为困难，因此水下防喷器组的安全可靠性要求非常高。
而防喷器壳体与侧门的密封作为水下防喷器组密封的重要组成部分，一直是防喷器密封的薄弱环节[5]，成为国内外防喷器厂商广泛研究的对象。
1 水下防喷器组及侧门总成介绍勘探三号半潜式钻井平台水下防喷器组的控制系统采用KOOMEY公司产品[6]，水下防喷器组则是美国NOV Shaffer公司产品。
水下防喷器组主要由下防喷器组 ( Lower bop stack) 和下部隔水管组 ( LMRP，Lower Marine Riser Package) 组成[7]。
下隔水管组主要由挠性接头、环形防喷器、隔水管连接器和蓝色、黄色POD两套控制盒组成，其中环形防喷器额定工作压力10000psi。
下防喷器组主要由剪切闸板、上闸板、可变闸板、下闸板、井口连接器、水下储能器组成，其中下防喷器组额定工作压力15000psi （见图1）。
本文以NOV Shaffer NXT 双闸板防喷器为例（见图2）。
侧门总成是剪切闸板、上闸板、中闸板、下闸板重要组成部分，它安装于双闸板防喷器腔体两侧，额定工作压力为15000psi。
NXT双闸板防喷器侧门总成与国内厂商制造的其他闸板防喷器相比，侧门总成与防喷器壳体之间无螺栓紧固，而是通过独立控制的液压泵组和铰链机构，控制防喷器侧门总成开关并锁紧。
防喷器壳体与侧门总成的密封则是通过二者之间的门封总成来实现。
1.绕性接头；2.上部环形防喷器；3.下部环形防喷器；4.防喷器框架；5.隔水管连接器； 6.剪切闸板；7.事故安全阀；8.上闸板；9.可变闸板；10.下闸板；11.井口连接器图1 水下防喷器组1.侧门总成； 2.防喷器本体图2 NXT双闸板防喷器与侧门总成半潜式钻井平台水下防喷器组侧门密封及失效机理分析陆广宋中石化海洋石油工程有限公司上海钻井分公司 上海 201206摘要：水下防喷器组是半潜式钻井平台海上钻探油气井过程中必备的井控设备，能有效解决引发的溢流、井涌、井喷等钻井安全问题。
2024年水下防喷器组控制系统市场策略
2024年水下防喷器组控制系统市场策略1. 概述水下防喷器组控制系统是一种用于控制水下防喷器组的设备，主要用于油田、海洋工程和水下管道等领域。
本文将介绍2024年水下防喷器组控制系统市场策略，包括目标市场、市场定位和推广策略。
2. 目标市场水下防喷器组控制系统的目标市场主要包括油田、海洋工程和水下管道等领域的企业和机构。
这些行业在进行油气开采、海洋资源开发和水下管道维护等工作中，需要使用水下防喷器组进行安全控制，因此对水下防喷器组控制系统有较高的需求。
3. 市场定位在目标市场中，我们将水下防喷器组控制系统定位为高端产品，注重品质和技术创新。
我们的产品具有以下特点：•高可靠性：采用先进的控制技术和材料，确保系统在恶劣的水下环境中能够稳定运行；•高安全性：具备多重安全保护机制，能够可靠地防止喷射器组的意外启动或停止；•易于操作：采用直观的人机界面和简便的操作方式，减少人为操作失误的可能性；•可扩展性：支持模块化设计，可以根据客户需求进行系统的扩展和升级。
通过以上的市场定位，我们将在目标市场中树立品牌形象，并与其他竞争对手形成差异化。
4. 推广策略为了拓展市场份额，我们将采取以下推广策略：4.1 产品展示和演示通过参加行业展览、举办产品演示会等活动，向目标客户展示我们的产品优势和技术创新。
我们将配备专业的销售人员，向客户进行产品演示，并提供有关水下防喷器系统的技术培训和咨询服务。
4.2 客户合作与我们的目标客户建立合作关系，例如与油田公司、海洋工程公司和水下管道维护公司等合作。
通过与客户密切合作，了解他们的需求，并提供定制化的解决方案和技术支持。
4.3 市场推广和宣传通过网络推广、行业媒体报道和专业期刊发表等方式，加强产品的市场宣传。
我们将积极参与行业研讨会和学术交流活动，提高产品在行业内的知名度和影响力。
4.4 售后服务提供优质的售后服务是我们的一项重要策略。
我们将建立完善的售后服务体系，包括24小时在线技术支持、故障处理和维修等服务。
移水下防喷器工作安全风险分析
编号：AQ-JS-07129( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑移水下防喷器工作安全风险分析Safety risk analysis of moving subsea BOP移水下防喷器工作安全风险分析使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。
UNIT：分析单位：油田生产事业部JOBDESCRIPTION:工作描述：移水下防喷器工作安全风险分析WORKPOSITION：工作地点：钻台、园井甲板EQUIPMENTCATEGORY：设备种类：气动绞车、ROV、导向绳张力器等PTW:所需要的相关作业许可证：REQUIREDPPE：日常劳保用品、安全带、救生衣所需要的劳动保护用品：通常(呼吸器、劳保服、手套、工鞋、护目镜、耳塞、安全帽、安全带)JSANUMBER：JSA编号：018REV：修改次数：1DATE:日期：2010-11-15 REVIEWEDBY：JSA审核人：DATE:日期：APPROVEDBY:JSA批准人：DATE:日期：Sequenceofbasicjobsteps 基本工作步骤Potentialorhazards风险识别Recommendedactionorprocedure采取的措施、建议或作业程序Responsibleby责任人1.在二层台上安装钻台大门口两台气动绞车钢丝绳的导向轮，安装500吨吊环和吊卡，顶驱安装对中固定板，顶驱扣上隔水管送入工具1.人员高空坠落；2.高空坠物伤人；3.吊环安装时伤人或撞坏顶驱。
1.检查载人吊带的状况，卸扣要插安全销，专人指挥；2.导向滑轮要加装安全绳；3.更换吊环时要注意吊环的方向，气囊面朝向坡道，后面系尾绳防止吊环滑动伤人或撞顶驱，吊卡反扣并用麻绳绑死活门。
移水下防喷器工作安全风险分析
移水下防喷器工作安全风险分析
移水下防喷器是一种用于水下岩石爆破的安全装置，具有防止
喷射物飞溅、减少岩石粉尘、保护作业人员安全等多种作用。
然而，在使用移水下防喷器的过程中，仍然存在一定的工作安全风险，需
要加强安全管理，采取有效的措施预防事故的发生。
首先，移水下防喷器的安装和使用过程中存在高空作业和水下
作业的风险。
在进行高空作业时，需要严格遵守安全规定，配备安
全保护设备，例如安全带、钢丝绳等，并进行必要的培训和考核。
在水下作业时，需确保作业人员具有良好的体能和职业技能，熟悉
使用防喷器的正确方法和步骤，避免因操作不当而导致的安全事故。
其次，移水下防喷器材料质量和维护存在风险。
防喷器的质量
是关键因素之一，不良的材料会降低喷水效果，从而引起事故。
因此，在选购设备时需要严格审查产品资质和合格证明，确保购买的
设备符合国家的安全标准。
同时，定期对设备进行维护和保养，及
时更换损坏部件，确保设备的正常运行。
最后，使用移水下防喷器会产生岩石碎片和爆炸物飞溅等风险。
岩石破碎时，移水下防喷器所喷出的水流会产生较大的压力，导致
岩石碎片和爆炸物飞溅，对作业人员的人身安全造成威胁。
因此，
在使用防喷器时，需要保持安全距离，增强自我保护意识，佩戴必
要的安全防护设备如护目镜、耳塞等，并进行必要的划定安全区域
和警示标识。
移水下防喷器的使用是为了安全施工和环境保护，但使用过程中存在的工作安全风险需要引起足够的重视。
只有制定合理的安全管理措施和培养高度的安全意识，才能有效避免安全事故的发生。
海洋油气钻采水下防喷器专利分析
1全球专利申请态势分析
本节将从总体角度，在全球和国内两个层面对水下防喷器相关的专利申请加以整理分析，以期通过对全球专利申请的分析来掌握全球范围内水下防喷器的发展态势，通过国外来华申请分析掌握外国企业在我国的专利布局情况，通过国内专利申请分析发现我国企业在水下防喷器研发的参与程度、优势以及不足之处。
闸板BOP的研究一直集中于密封性和剪切力上，2000年之前，主要是针对管段剪切后废渣会影响防喷器的密封性的研究，随后又从材料、刀片的形状、刀片的驱动方式等多个方面进行研究来提高剪切力。环形BOP方面，主要是改进防喷器的结构、材料来提高密封性和防止变形。而蓄能器方面，在极端水深处使用传统的蓄能器需要大的集料蓄能器体积，这增加了整个海底设备组件的尺寸和重量，各个公司在蓄能器方面一直致力于从温度补偿、压力补偿等多个提高蓄能器预充效率，从而减少蓄能器的个数。在控制方法方面，海德里尔（HYDRIL）公司在海底控制模块，测试方法，闸板防喷器的活塞位置检测等多个方面均有研究。
1.3全球专利申请的申请人分析
来自美国的卡梅伦（Cameron）公司关于水下防喷器技术的申请量最大，达到了71项；同样来自美国的海德里尔（Hydril）公司和来自瑞士的越洋（Transocean）创新实验室有限公司分别以61项和22项位居第二、ห้องสมุดไป่ตู้位。水下防喷器技术领域的两大巨头卡梅伦（Cameron）公司和海德里尔（Hydril）公司在防喷器结构设计、驱动装置、控制方法和辅助部件四个技术分支都有所研究，发展较为均衡，其中卡梅伦公司尤其在水下防喷器的蓄能器方面研究卓有成效，而海德里尔公司则将研发重点放在水下防喷器的控制方法上，二者在各技术分支上发展较为均衡，又都各有侧重；其余主要申请人中，斯伦贝谢与海德里尔公司相似，在各技术分支上均有所涉猎，关于水下防喷器的控制方法较为侧重。
BOP防喷器
SBOP
水下 BOP的结构设计
此防喷器组特点： 球形环形防喷器 ，可靠的密封元件 可以提供数百次的 闭和和拆除寿命。 闸板防喷器带有 机械化无螺栓门， 从而节省了钻进时 间，更快，简便的 更换NXT 22寸闸板操作器 保证了加重钻管/ 套管的可靠剪切力
标准
The Surface BOP Package at seabed; approximately 75,000lbs The conventional Subsea Package at seabed; approximately 650,000 lbs.
海洋井口市场调查报告：国内市 场发展状况
SBOP结构示意图
Riser Te nsioners
- Reduced bending loads in the riser below the BOP - Makes SBOP system less dependant on rig type/ design.
SBOP的基本设计
海洋井口市场调查报告：国内外市场前景分析
防喷器种类传统sbop水下bopcameron水下bopesgs系统bop的选择标准在钻井到完井整个过程中平台的费用的费用占到了接近50因此如果bop的标准很大程度上取决于bop安装维护时间这一主要因素尤其体现在第三代及以后的平台上
防喷器种类
传统SBOP
水下BOP
Cameron 水下 BOP 和 ESGS 系统
BOP的选择标准
在钻井到完井整个过程中，平 台的费用的费用占到了接近 50%，因此如果BOP的标准很大 程度上取决于BOP安装维护时 间这一主要因素，尤其体现在 第三代及以后的平台上。 全世界大型BOP的总体数目， 不到30台，BOP通常能够反复 使用，通常BOP以租用的方式 出现在国际市场上。
水下BOP讲解
《海上钻井平台岗位技能手册》水下(井控)设备部分第一章万能防喷器第一节基本结构和组成第二节工作原理第三节主要用途第四节使用操作及注意事项第五节现场维护和检查第六节现场试压检查第二章闸板防喷器第一节基本结构和组成第二节工作原理第三节主要用途第四节使用操作及注意事项第五节现场维护保养和检查第六节现场试压检查第三章防喷器控制系统第一节基本结构和组成第二节工作原理第三节操作使用及对系统要求第四节日常维护保养检查第五节自升式平台的BOP控制系统第四章井口和隔水管连接器第一节基本结构和组成第二节工作原理第三节主要用途第四节使用及注意事项第五节现场维护保养和检查第六节现场试压检查第七节连接器试压桩的检查保养第五章事故安全阀第一节基本结构和组成第二节工作原理第三节主要用途第四节使用及注意事项第五节现场维护保养和检查第六章挠性接头第一节挠性接头第二节球接头第七章阻流压井管汇第一节阻流压井管汇的基本组成第二节阻流压井管汇的功用第三节阻流压井管汇的配置试压要求第四节阻流压井管汇控制装置第五节阻流压井管汇操作规程第六节CAMERON阻流压井管汇控制装置操作规程第七节CAMERON阻流压井管汇控制装置维护保养第八节试压程序第八章隔水管及伸缩节第一节隔水管及伸缩节的功能作用第二节对隔水管的要求第三节基本结构和组成第四节隔水管的配置第五节现场检查第九章分流设备第一节基本结构和组成第二节工作原理第三节使用操作及注意事项第十章张力设备第一节隔水管张力设备基本结构和组成第二节隔水管张力器的作用及原理第三节隔水管张力器调试程序第四节张力器操作注意事项第五节南海五号平台隔水管张力器操作规程第六节保养张力器第十一章:钻柱补偿器系统第一节基本结构和组成第二节工作原理第三节日常检查及注意事项第四节检查保养方法及步骤第十二章工具及证书的管理第一节工具的管理和使用注意事项第二节证书的管理第一章万能防喷器第一节基本结构和组成:目前在海上使用的万能防喷器生产厂家主要有三家（即HYDRIL SHAFFER 和CAMERON公司）。
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水下防喷器
（水上防喷器组用于自升式钻井平台）
1.防喷器概述：用于试油、修井、完井作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生以及在紧
急情况下切断钻杆的安全密封井口装置。
石油钻井时，安装在井口套管头上，用来控制高压油、气、水的井喷装置。
2.水下防喷器：在海上使用钻井浮船和半潜式钻井平台钻进时，因钻井浮船和平台是在漂
浮状态下工作的，钻井井口和海底井口之间会发生相对运动，必须装有可伸缩和弯曲的特殊部件，但这些部件因不能承受井喷关井或反循环作业时的高压，因此要将钻井防喷器安装在可伸缩和弯曲的部件之下，即要装在几十米至几百米深的海底，我们将它称之为水下防喷装置。
3.防喷器工作原理：在井内油气压力很高时，防喷器能把井口封闭。
从钻杆内压入重泥浆
时，其闸板下有四通，可替换出受气侵的泥浆，增加井内液柱的压力，以压住高压油气的喷出。
4.水下防喷器工作特点：（1）工况恶劣、设计、安装和使用时需要考虑的因素增多（外部
静水压力等）（2）深水钻井风险和投资十分巨大，对深水防喷器性能提出了更高的要求，为适应这一点，防喷器的尺寸明显增加（3）因为使用了细长的节流压井管线，进行井控作业时，必须考虑流体在其中流动中产生的压耗（4）由于深水防喷器组体积的增加，就
需要更多体积的流体来实现对防喷器组的控制，因此对液压系统的工作能力和响应时间就提出了更高的要求。
（5）为避免液压控制液在返回管线中产生较大压降，一般将液压控制液排放到海水里而不是返回水面，这就要求液压控制液是一种无腐蚀性、无污染性的环保流体。