海洋防喷器

海洋钻井防喷器控制系统发展趋势的研究随着海洋钻井技术的不断发展，海洋钻井防喷器也越来越受到重视。

防喷器是一种用于控制井口油气喷出的设备，能够保护人生命和财产安全。

控制系统是海洋钻井防喷器的核心部件，其稳定性和可靠性对于钻井作业的成功与否有着至关重要的作用。

本文将从防喷器控制系统的发展历程和趋势方面进行研究，以期为海洋钻井技术的发展提供参考和指导。

随着海洋钻井的不断发展，人们对于钻井安全和环保问题的关注逐渐加大。

海上钻井平台所处的环境复杂、危险系数高，因此防喷器在保障钻井作业安全方面显得尤为重要。

防喷器的发展历程可以分为以下几个阶段：1. 机械防喷器阶段机械防喷器是最早的一种防喷器。

其原理是利用可控喷嘴和可控钻杆，在钻井过程中将金属阀门开启或关闭，以达到控制井口流量的目的。

这种防喷器的优点是结构简单、可靠性高，但缺点也很明显，对于细小油气井或大流量油气井，机械防喷器的效果不是很理想。

静电防喷器是在第一代机械防喷器的基础上发展起来的一种新型防喷器，其关键部件是静电探头。

静电防喷器采用静电探头和防溢原理来控制井口油气喷出的流量，该防喷器将混合气体和静电探测器结合在一起，以减少井口溢流。

液压防喷器是近几年发展起来的一种新型防喷器，相比前两种防喷器，液压防喷器最大的优点是能够根据井口流量自动调节液压阀门的开启程度。

这种防喷器实现了自动化程度的大幅提高，同时能够控制井口油气输出的流量和压力，使钻井作业更加安全和可靠。

随着科技的进步，人类对于防喷器控制系统的要求也在不断提高。

未来的防喷器控制系统将朝着以下几个方向发展：1. 增强控制系统的智能化程度智能化控制系统将成为防喷器控制系统的主流。

智能化控制系统集传感器、控制器、执行器于一体，能够实时监测井口流量、温度、压力等参数，同时根据井口的情况自动调节液压阀门的开启程度，达到最佳的防喷效果。

2. 改善控制系统的响应速度防喷器控制系统的响应速度和精度直接关系到钻井作业的成功率。

目录1 绪论 (2)1.1 课题研究背景和意义 (2)1.2深海防喷器组国内外现状 (3)1.3课题研究内容 (4)2 深海防喷器的组成及工作原理 (5)2.1组成结构 (5)2.2工作原理 (6)3 深海防喷器的设计要求、选配组合及材料选择 (7)3.1设计要求 (7)3.2防喷器压力级别选择 (7)3.3单向阀的设计 (8)3.3.1设计参数 (8)3.3.2几何尺寸的确定 (8)3.3.3受力计算和性能计算 (9)3.4减压阀的设计 (10)3.4.1设计参数 (10)3.4.2几何尺寸的确定 (11)3.4.3静态特性计算 (12)3.5防喷器的选配组合 (13)3.6材料选择 (15)4 环形防喷器设计 (16)4.1环形防喷器的组成和工作原理 (16)4.2环形防喷器的产品选型 (18)4.3环形防喷器三维设计图 (20)5 闸板防喷器 (21)5.1闸板防喷器的类型和工作原理 (21)5.2闸板防喷器的产品选型 (23)5.3闸板防喷器三维设计图 (24)6 钻井四通 (26)6.1钻井四通作用 (26)6.2钻井四通三维设计图 (26)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1 课题研究背景和意义石油的勘探钻采作业在科技的推动发展下，已经渐渐成为全球经济的重要支柱，推动着现代社会正常运行下去。

由于世界各国对石油的需求量增长，陆地钻油采集及对浅海域的常规开发已趋于饱和，人们将眼光延伸至广阔的海洋，对石油的钻采勘探向着深水和超深水领域发展。

随着海洋石油勘探和开发的进程日益深入，深水钻井渐渐成为一种主流的发展趋势。

如图1-1，为海洋钻井示意图，标注1-5分别为钻井船、隔水管、水下控制箱、环形防喷器、闸板防喷器。

而保证安全钻井最关键的设备，便是深海防喷器组。

深海防喷器也叫水下防喷器，在石油钻井时安装在井口套管头上，用于控制井口压力，是井控设备中的核心设备。

是海洋石油钻井行业水下器具的部件之一，是设置在海底用来控制和防止井喷，保证海下作业顺利完成的关键环节之一【1】。

36 為紅科技2018年•第7期基于b o w-tie的海上防喷器系统风险分析◊长江大学机械工程学院张静王长建为了防止海上石油平台井喷事故的发生，防喷器（B0P)的可靠、安全、高效运行 是关键。

本文采用了 bow-t ie风险分析模型，对造成其故障的原因及后果进行分析。

分析认为：操作人员失误对防喷器故障影响最大，控制系统故障其次。

根据分析结果，提出了防止防喷器故障的安全技术控制措施，为保障防喷器功能正常发挥提供了安全技术指导。

海上平台人员逃生困难、火灾扑救难度大，油气井喷后一 旦发生火灾，便可能发生连续爆炸，从而危及整个平台的安 全防喷器作为海上油气钻井作业中操作人员与平台的重要安全保障，保证其安全、高效运行尤为重要。

通过建立海上钻 井防喷器系统故障bow-tie S型，可以帮助工程技术人员分析导 致防喷器故障的原因，探寻防喷器故障后的控制方法，对于实 际生产有重要的指导意义。

1bow-tie方法bow-tie法是把故障树（F T A)与事件树（E T A)结合起 来，对事故的发生原因、事故后果、事故预防及控制等过程进 行分析的建模方法[“]〇国内外学者已经对bow-tie法展开了研究。

孙殿阁等人将 bow-tie技术应用到对组织缺陷以及人为失误占主导因素的民用 机场运行安全风险分析中，有效地预防了事故的发生™; KH AN等构建并使用海上井控蝴蝶结模型与贝叶斯方法，实现了 钻挪业风险分析'FTA分析方法是一种图形演绎推理方法，通过对其进行定 性、定量分析，可以找出事故发生的主要原因，为分析事故起因、确定安全对策提供了可靠依据m。

ETA分析法是从事故最初 的起始状态开始，用逻辑推理的方法，按照时间的发展顺序从 事故原因到结果的过程分析，通过ETA可以预测出复杂系统中 可能出现的各种事故后果M]。

bow-tie^型示意图如图1所示。

左边为故障树，右边是事件树，事故作为故障树的顶上事件和事件树的起始事件把两者连接起来，从而形成了bow-tie m型。

及管线的设计工作，在设计防喷设备结构件、管线走向以及相应的紧固件工作时，一定要按照海洋环境下强腐蚀的标准进行设计，符合这样的环境设计需求将非常有助于避免防喷器控制系，因海水盐分和长时间的侵蚀受到严重的腐蚀。

在选择相应构件的材料时，应该将361L 高性能防腐材料运用到防喷控制系统构件的设计中，在选择油漆时应严格按照海洋油气标准，以这样的方式开展防喷控制系统设计工作，将非常有助于提升整个控制系统在运行过程中的稳定性，充分提高海洋钻井平台质量在实际运用过程中可具备较高的稳定性。

2 海洋钻井防喷器控制原理与配置KFDQ 型防喷雾控制系统作为现阶段较新型的一种海洋钻井平台，在当前开展海洋钻井平台工作的过程中较常使用的一种控制系统，使用这种新型的防喷控制系统，主要因为其自身具有远程控制台、防爆按钮控制箱、HMI 操作面板等部分极其重要的控制设备，由此而构成一种安全且可靠的防喷控制系统。

2.1 BOP 与分流器双操作界面工作人员在对防喷器规划配置时，为了能够有效避免与之相对应的防喷器设备在实际使用过程中占用操作平台过多的空间，与此同时也为了能够有效促进整个防喷系统集成化程度的不断提高。

这就需要通过对BOP 控制单元和分流器控制单元双重操作界面的方式进行精心设计，以这样的方式是两者能够共同对同一远程的控制台和控制箱实现有效控制。

但是在实际规划设计过程中，由于与之相对应的控制对象存在非常大的0 引言海洋钻井平台是工作人员在海洋上实施钻井作业的重要结构，也是开展海上油气勘探开发作业不可缺少的手段。

通常，海洋钻井平台为了能够有效提升海上油气勘探的质量，会选择将海洋钻井操作平台构建于远离大陆的海洋区域。

但是因为诸多因素的影响，很容易致使海洋钻井平台的构建存在极大的安全隐患，对海洋钻井平台作业和国家经济造成较大影响。

为了避免在海洋钻井平台操作作业中出现问题，需要按照一定的原则对防喷器控制系统进行优化设计[1]。

1 海洋钻井防喷器控制系统原则1.1 结合相应的行业规范和行业标准进行设计在开展防喷控制系统设计工作的过程中，如果按照与之相对应的设计规范和设计标准进行，将会对防喷控制系统的优化和完善将会产生极大的推动作用，进而促使在海洋钻井操作期间使其作业质量能够明显提升。

第⼗章海上防喷器第⼗章海上防喷器第⼀节防喷器系统概述防喷器是⽤于试油、修井、完井等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。

在海上使⽤钻井浮船和半潜式钻井平台钻井时，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放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，我们将它称之为海底井⼝装置。

防喷器将全封和半封两种功能合为⼀体，具有结构简单，易操作，耐压⾼等特点。

（⼀）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（关死）。

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。

（⼆）防喷器分类防喷器分普通（单闸板、双闸板）防喷器、环形（万能）防喷器和旋转防喷器等。

普通（单闸板、双闸板）防喷器有闸板全封式的和半封式的，全封式防喷器可以封住整个井⼝；半封式封住有钻杆存在时的井⼝环形断⾯。

环形（万能）防喷器是可以在紧急情况下启动，应付任何尺⼨的钻具和空井；旋转防喷器是可以实现边喷边钻作业。

各种防喷器适应井眼内各种不同钻具的情况，为了保证任何时候都能有效地使⽤防喷器组，根据所钻地层和钻井⼯艺的要求，可将⼏个防喷器组合同时使⽤。

在深井钻井和海上中常是除两种普通防喷器外，再加上万能防喷器、旋转防喷器，使三种或四种组合地装于井⼝。

现有钻井防喷器的尺⼨共15个规格，尺⼨的选择取决于钻井设计中的套管尺⼨，即钻井防喷器的公称通径尺⼨，必须略⼤于再次下⼊套管接箍的外径。

防喷器的压⼒从3.5～175兆帕共9个压⼒等级，选⽤的原则由关井时所承受的最⼤井⼝压⼒来决定。

防喷器的称呼都是指它的通径，18 3/4“就是它的通径。

国内防喷器的称呼是，FZ指单闸板，FH是环形，如FZ35-21是指通径为346mm也就是约350mm，350mm 也就是13 5/8”，防喷器有7 1/16“，9”，11”，13 5/8”，16 3/4”，18 ?”，20 3/4”，211/4“，26 3/4”，30”等这⼏种。

第十章海上防喷器第一节防喷器系统概述防喷器是用于试油、修井、完井等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。

在海上使用钻井浮船和半潜式钻井平台钻井时，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放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，我们将它称之为海底井口装置。

防喷器将全封和半封两种功能合为一体，具有结构简单，易操作，耐压高等特点。

（一）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（关死）。

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。

（二）防喷器分类防喷器分普通（单闸板、双闸板）防喷器、环形（万能）防喷器和旋转防喷器等。

普通（单闸板、双闸板）防喷器有闸板全封式的和半封式的，全封式防喷器可以封住整个井口；半封式封住有钻杆存在时的井口环形断面。

环形（万能）防喷器是可以在紧急情况下启动，应付任何尺寸的钻具和空井；旋转防喷器是可以实现边喷边钻作业。

各种防喷器适应井眼内各种不同钻具的情况，为了保证任何时候都能有效地使用防喷器组，根据所钻地层和钻井工艺的要求，可将几个防喷器组合同时使用。

在深井钻井和海上中常是除两种普通防喷器外，再加上万能防喷器、旋转防喷器，使三种或四种组合地装于井口。

现有钻井防喷器的尺寸共15个规格，尺寸的选择取决于钻井设计中的套管尺寸，即钻井防喷器的公称通径尺寸，必须略大于再次下入套管接箍的外径。

防喷器的压力从3.5～175兆帕共9个压力等级，选用的原则由关井时所承受的最大井口压力来决定。

防喷器的称呼都是指它的通径，18 3/4“就是它的通径。

国内防喷器的称呼是，FZ指单闸板，FH是环形，如FZ35-21是指通径为346mm也就是约350mm，350mm 也就是13 5/8”，防喷器有7 1/16“，9”，11”，13 5/8”，16 3/4”，18 ¾”，20 3/4”，21 1/4“，26 3/4”，30”等这几种。

海洋石油钻井平台防喷器组成及工作原理作者：陈林斌来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第11期摘要：防喷器最重要的作用是控制井内压力，防止井喷、井涌等危险事故发生。

在考虑到人员和设备安全的同时，也要求具有规避污染深海生态环境的作用。

井喷是深海石油钻探作业安全生产中的重大事故，主要是由压力作用造成的。

同时，失效的元器件或是失误的人为操作都可能会导致井喷、井涌的产生。

在钻井作业的过程中，应该保持地层压力，使钻井液密度始终大于地层流体压力。

因为海洋钻井的地理位置的缘故，导致人员及设备的救援困难性大大提升了，深水防喷器组的安全性能和可靠性要求也相应变得极其高。

关键词：防喷器;组成;工作原理随着海洋石油勘探和开发的进程日益深入，深水钻井渐渐成为一种主流的发展趋势，而保证安全钻井最关键的设备，便是深海防喷器组。

深海防喷器也叫水下防喷器，在石油钻井时安装在井口套管头上，用于控制井口压力，是井控设备中的核心设备。

是海洋石油钻井行业水下器具的部件之一，是设置在海底用来控制和防止井喷，保证海下作业顺利完成的关键环节之一。

1 深海防喷器组国内外现状1.1 国外研究现状美国从20世纪50年代开始研究生产水下防喷器，经过三十年速度发展。

90年代，Shaffer 研发了以快速更换闸板为特点的NEXT型闸板防喷器。

2008年，美国JAMESI.LIVINGSTONE申请了一个井下防喷器专利，能够与井壁形成环形空间和内部通道的内管。

同时该防喷器还一个单向阀和球阀，分别负责关闭井下防喷器的环形通道和内部通道。

1.2 国内研究现状从我国对于防喷器制造方面使用的规范性文件来看，1985年是一个分水岭。

1985年以前，国内生产的防喷器型号都表示为KPY（KPY为勘探液压防喷器的汉字拼音字母）公称通径—最大工作压力的形式。

其中cm是公称通径的标准单位并且取其圆整值，kg/cm2是最大工作压力的标准单位。

2008年，为了打破国外对深海防喷器技术上的垄断，我国正式立项“3000米深海防喷器组及控制系统的研制”课题。