剪切闸板防喷器工作机理分析及结构改进

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:****************。

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。

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]。

闸板防喷器工作原理及使用注意事项闸板防喷器是一种利用液压将封井元件—带有胶芯的两块闸板，从左右两侧推向井眼中心封闭井口的装置，是井控工作中的重要设备。

本文将介绍闸板防喷器的类型、结构、功能、工作原理和使用注意事项。

一、闸板防喷器的类型根据闸板数量，闸板防喷器可分为单闸板防喷器、双闸板防喷器和三闸板防喷器。

单闸板防喷器只有一块全封闸板，适用于空井或无管柱的情况。

双闸板防喷器有两块闸板，一块全封闸板和一块半封闸板，适用于井内有管柱的情况。

三闸板防喷器有三块闸板，一块全封闸板，一块半封闸板和一块剪切闸板，适用于需要剪切井内管柱并全封井口的情况。

根据闸板本身结构，闸板防喷器可分为全封闸板防喷器、半封闸板防喷器、剪切闸板防喷器和变径闸板防喷器。

全封闸板防喷器的闸板能完全封闭井口，适用于空井或无管柱的情况。

半封闸板防喷器的闸板能封闭井口环形空间，适用于井内有管柱的情况。

剪切闸板防喷器的闸板能剪切井内管柱并全封井口，适用于需要剪切井内管柱并全封井口的情况。

变径闸板防喷器的闸板能根据不同直径的管柱自动调节胶芯大小，适用于井内有不同直径的管柱的情况。

根据锁紧方式，闸板防喷器可分为手动锁紧闸板防喷器和液压锁紧闸板防喷器。

手动锁紧闸板防喷器是通过手动操作锁紧轴来锁紧或解锁液压油缸，保证关井后不会因液压油泄漏而导致开井。

液压锁紧闸板防喷器是通过液压油进入锁紧油缸来锁紧或解锁液压油缸，实现自动化操作。

根据侧门开关方式，闸板防喷器可分为旋转侧门闸板防喷器和直线运动式侧门闸板防喷器。

旋转侧门闸板防喷器是通过旋转侧门来更换或维修胶芯或其他部件。

直线运动式侧门闸板防喷器是通过直线运动侧门来更换或维修胶芯或其他部件。

二、闸板防喷器的结构一般的双闸板防喷器由以下部分组成：壳体：是闸板防喷器的主要部分，承受井口压力，提供闸板运动的空间，设有侧门和侧孔。

油缸：是闸板防喷器的动力部分，通过液压油推动活塞和活塞杆，带动闸板开关。

缸盖：是油缸的封闭部分，设有液压油进出口和液控泄压装置。

◀海洋石油装备▶闸板防喷器剪切力预测及刀具结构影响研究∗朱学铭㊀吕志阳㊀肖世轩(中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院ꎻ应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室)朱学铭ꎬ吕志阳ꎬ肖世轩.闸板防喷器剪切力预测及刀具结构影响研究[Ｊ].石油机械ꎬ２０２３ꎬ５１(４):６８－７３.ＺｈｕＸｕｅｍｉｎｇꎬＬüＺｈｉｙａｎｇꎬＸｉａｏＳｈｉｘｕａｎ.Ｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄｃｕｔｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｕｄｙｏｆｒａｍｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２３ꎬ５１(４):６８－７３.摘要:闸板防喷器是井口控制装置的重要组成部分ꎬ需要确保其能够在紧急情况发生时及时剪断钻杆以实现安全封井ꎮ为探究闸板结构参数对剪切能力的影响同时实现准确预测ꎬ采用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件的显式模块对构建的闸板剪切钻杆模型进行仿真计算ꎬ通过分析剪切运动过程确定闸板结构参数Ｖ形角㊁刃面倾角㊁刀具厚度及钻杆结构参数外径和壁厚ꎬ对不同结构参数下单个变量与最大剪切力的关系做变量仿真分析ꎬ给出考虑相关参数的最大剪切力预测最优结构模型ꎬ并对该刀具形式下的预测公式做出拟合ꎮ研究结果表明:所建有限元模型计算结果为１１４３ ９ｋＮꎬ与试验值１１７９ ４ｋＮ很接近ꎻ刃面倾角㊁钻杆管径和壁厚与最大剪切力呈正相关关系ꎬＶ形角与最大剪切力呈负相关关系ꎬ刀具厚度对其影响可忽略ꎻ公式预测结果和仿真数据的平均相对误差为５ ３８％ꎬ满足工程实践要求ꎮ研究结果可为防喷器闸板的最大剪切力预测和刀具结构参数的优化设计提供一定参考ꎮ关键词:闸板防喷器ꎻ数值模拟ꎻ影响因素ꎻ剪切力预测ꎻ剪切力ꎻ刃面倾角中图分类号:ＴＥ９２１㊀文献标识码:Ａ㊀ＤＯＩ:１０ １６０８２/ｊ ｃｎｋｉ ｉｓｓｎ １００１－４５７８ ２０２３ ０４ ０１０ＳｈｅａｒＦｏｒｃｅＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄＣｕｔｔｅｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅＳｔｕｄｙｏｆＲａｍＢｌｏｗｏｕｔＰｒｅｖｅｎｔｅｒＺｈｕＸｕｅｍｉｎｇ㊀ＬüＺｈｉｙａｎｇ㊀ＸｉａｏＳｈｉｘｕａｎ(ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｍｅｒｇｅｎｃｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔꎬＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳａｆｅｔｙａｎｄＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ(Ｂｅｉｊｉｎｇ)ꎻＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳａｆｅｔｙａｎｄＥｍｅｒｇｅｎｃｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｒａｍｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｈｅａｄꎬａｎｄｎｅｅｄｓｔｏｂｅｅｎｓｕｒｅｄｔｏｃｕｔｏｆｆｔｈｅｄｒｉｌｌｐｉｐｅｉｎｔｉｍｅｉｎａｎｙｅｍｅｒｇｅｎｃｙｃａｓｅｔｏａｃｈｉｅｖｅａｓａｆｅｋｉｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅｗｅｌｌ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕ￣ｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｂｌａｄｅｏｎｔｈｅｓｈｅａｒｃａｐａｃｉｔｙａｎｄａｃｈｉｅｖｅａｎａｃｃｕｒａｔｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｅｅｘｐｌｉｃｉｔｍｏｄｕｌｅｏｆＡＢＡＱＵＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｎｄｕｃｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｂｕｉｌｔｂｌａｄｅｓｈｅａｒｄｒｉｌｌｐｉｐｅｍｏｄｅｌ.ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｈｅａｒｍｏｖｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓꎬｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｓｕｃｈａｓＶ￣ｓｈａｐｅｄａｎｇｌｅꎬｂｌａｄｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅꎬｂｌａｄｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｄｒｉｌｌｐｉｐｅｓｕｃｈａｓｏｕｔｓｉｄｅｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ.Ｔｈｅｎꎬｖａｒｉａｂｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｒｅｌａ￣ｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅｖａｒｉａｂｌｅａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ.Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｕｎｄｅｒｔｈｅｃｕｔｔｅｒｆｏｒｍｗａｓｆｉｔｔｅｄ.Ｔｈｅｓｔｕｄｙｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｓ１１４３ ９ｋＮꎬｗｈｉｃｈｉｓｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅ(１１７９ ４ｋＮ).Ｔｈｅｂｌａｄｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎ￣８６ ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ㊀２０２３年㊀第５１卷㊀第４期∗基金项目:中国石油天然气集团有限公司－中国石油大学(北京)战略合作科技专项 一带一路海外长输管道完整性关键技术研究与应用 (ＺＬＺＸ２０２０－０５)ꎻ中国石油大学(北京)科研项目(２４６２０２１ＹＸＺＺ２００１)ꎮｇｌｅꎬｄｒｉｌｌｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｒｅｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｆｏｒｃｅꎬｔｈｅＶ￣ｓｈａｐｅｄａｎｇｌｅｉｓｎｅｇａｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｆｏｒｃｅꎬａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｌａｄｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｃａｎｂｅｉｇｎｏｒｅｄ.Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄａｔａｉｓ５ ３８％ꎬｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅ.Ｔｈｅｓｔｕｄｙｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｏｆｂｌａｄｅａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｕｔｔｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｒａｍｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌｆａｃｔｏｒꎻｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎꎻｓｈｅａｒｆｏｒｃｅꎻｂｌａｄｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅ０㊀引㊀言防喷器是井控安全的重要屏障ꎬ在突发事件中ꎬ其内的剪切闸板及时剪断钻杆实现安全封井ꎬ是预防事故发生或降低事故发生严重程度的有效措施[１－２]ꎮ如果闸板剪切失效未能防止井喷和井涌等事故的发生ꎬ将会对人员㊁经济和环境等方面造成严重影响[３]ꎮ在实际生产作业中ꎬ由于未安装剪切式防喷器或剪切失效的情况仍经常发生ꎬ进而导致严重的事故后果ꎮ例如ꎬ美国的墨西哥湾原油漏油和重庆开县井喷事件[４－５]ꎮ因此ꎬ加强对防喷器闸板剪切能力研究ꎬ在保障油气生产安全中具有重要意义ꎮ自１９２２年ＡＢＥＲＣＲＯＭＢＩＥ和Ｓ ＣＡＭＥＲＯＮ发明防喷器以来[６]ꎬ国内外学者已经对闸板剪切力的计算做了大量研究ꎮ文献[７]对于畸变能理论计算剪切力的不充分性ꎬ结合试验提出经验修正的理论预测公式ꎮＡ ＴＥＬＫＩＮ[８]首先使用有限元法明确剪切作业过程中对剪切力产生影响的因素ꎮＬＩＵＺ Ｇ 等[９]基于修正的Ｍｏｈｒ￣Ｃｏｕｌｏｍｂ准则ꎬ建立了韧性断裂理论的微观力学模型ꎬ通过有限元分析进行剪切力预测ꎬ减少了需要试验确定的未知参数ꎮ刘冰等[１０－１２]对防喷器的闸板剪切做了大量研究ꎬ分别在断口几何形状㊁剪切过程的力学性能和断口凸起高度等方面建立了理论模型ꎬ并通过试验和仿真验证模型的可靠性ꎮＺＨＵＬ.等[１３]在试验数据和仿真模拟的基础上ꎬ对比分析Ｊｏｈｎｓｏｎ￣ｃｏｏｋ㊁修正的Ｍｏｈｒ￣Ｃｏｕｌｏｍｂ和ＣｒａｓｈＦＥＭ准则对剪切力的影响ꎬ也就如何选择合适的准则提出建议ꎮ王旭东等[１４]在应力计算公式的基础上ꎬ将闸板结构㊁钻杆性能和剪切工况考虑在内ꎬ建立剪切力的预测计算模型ꎬ并与试验数据对比ꎬ相对偏差在１０％左右ꎮＬＩＴ.等[１５]根据屈服准则㊁滑移线场理论和钝角楔形应力理论提出剪切力的预测模型ꎬ并分析剪切闸板结构参数对剪切力的影响ꎮ上述研究为闸板剪切能力的研究提供了重要参考ꎬ但大部分侧重钻杆或闸板为研究对象ꎬ对闸板剪切过程中的载荷做出分析ꎬ而最大剪切力体现闸板剪切钻杆所需的极限载荷ꎬ对分析闸板的剪切性能有重要工程意义ꎮ笔者通过建立剪切闸板有限元模型并验证有限元模型的有效性ꎬ分析剪切作业的运动规律ꎬ综合考虑剪切闸板和钻杆相关参数ꎬ构建了闸板防喷器最大剪切力预测基本模型ꎬ以期为闸板剪切性能分析及刀具结构设计提供一定指导ꎮ１㊀有限元模型构建及验证为确定不同结构参数对最大剪切力的影响及最大剪切力预测在实际工程中的可靠性ꎬ本文利用ＨＡＮＣ Ｊ 等[１６]所做剪切试验对建立的有限元模型有效性进行验证并进行参数化分析ꎮ１ １㊀材料模型在闸板剪切的数值模拟中ꎬ钻杆选用合适的失效准则是模拟结果具有可靠性和真实性的关键ꎮ在已知的材料本构模型中ꎬＪｏｈｎｓｏｎ￣ｃｏｏｋ模型考虑了应变速率㊁稳定性和温度等相关因素ꎬ适用于剪切这种大应变㊁高应变速率的情况ꎮ本文以此模型为基础进行分析ꎮ该模型基于试验所得ꎬ其等效应力的基础函数为:σｅｑ＝(Ａ＋Ｂεｎｐ)(１＋Ｃｌｎε•∗)[１－(Ｔ∗)ｍ](１)式中:σｅｑ为等效应力ꎬＭＰａꎻεｐ为等效塑性应变ꎻε•∗＝εｎｐ/ε•０ꎬ为相对等效塑性应变率ꎬ通常情况下应变率ε•０＝１ ０ｓ－１ꎻＴ∗＝(Ｔ－Ｔｒｅｆ)/(Ｔｍｅｌｔ－Ｔｒｅｆ)ꎬ为无量纲温度ꎻＴ为材料变形过程中的当前温度ꎬħꎻＴｍｅｌｔ和Ｔｒｅｆ分别为材料熔化温度和参考室温ꎬħꎻＡ为初始屈服强度ꎬＭＰａꎻＢ为硬化模量ꎬＭＰａꎻｎ㊁Ｃ㊁ｍ分别为硬化指数㊁应变率强化参数和温度软化指数ꎬ一般通过试验获取ꎮ另外ꎬ剪切钻杆也伴随着材料的断裂失效ꎬ对于Ｊｏｈｎｓｏｎ￣ｃｏｏｋ本构模型ꎬ断裂失效函数为:εｆ＝(Ｄ１＋Ｄ２ｅＤ３σ∗)(１＋Ｄ４ｌｎε•∗)(１＋Ｄ５Ｔ∗)(２)式中:εｆ为塑性应变ꎻσ∗为应力三轴度ꎻＤ１~Ｄ５为失效参数ꎬ一般通过试验获取ꎮ９６２０２３年㊀第５１卷㊀第４期朱学铭ꎬ等:闸板防喷器剪切力预测及刀具结构影响研究㊀㊀㊀在实际剪切过程中ꎬ剪切时间较短ꎬ很难在塑性变形时形成大量热量的累积[６]ꎮ因此ꎬ本文将不再考虑温度的影响ꎮ根据相关文献[１６]ꎬ本文所用钻杆为Ｓ１３５材料ꎬ假设初始屈服强度Ａ㊁硬化模量Ｂ㊁硬化指数ｎ㊁应变率强化参数Ｃ㊁温度软化指数ｍ㊁熔化温度Ｔｍｅｌｔ㊁参考温度Ｔｒｅｆ㊁失效参数Ｄ１~Ｄ５分别为１０２１ ８９６ＭＰａ㊁７４４ １９２ＭＰａ㊁０ ５５㊁０ ０１４㊁１㊁１５２０ħ㊁２５ħ㊁０㊁０ ５㊁－０ ５㊁０㊁０ꎮ１ ２㊀有限元模型构建基于闸板的几何及材料参数ꎬ建立剪切闸板的有限元模型ꎮ其中ꎬＳ１３５钻杆直径为１０１ ６ｍｍꎬ壁厚９ ５６ｍｍꎬ长度为２００ｍｍꎬ双Ｖ形剪切闸板Ｖ形夹角为１６３ʎꎬ刃面倾角为８６ʎꎮ各相关参数与试验装置保持一致ꎮ为了使模拟结果接近实际剪切过程和便于分析ꎬ本文将剪切闸板定义为刚体且省略了部分对结果不产生影响的结构ꎬ例如小孔㊁倒角等细节ꎮ闸板采用四面体网格单元Ｃ３Ｄ４进行自动划分ꎮ剪切闸板模型如图１所示ꎮ图１㊀剪切闸板有限元模型Ｆｉｇ １㊀Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｓｈｅａｒｂｌａｄｅ将研究对象(钻杆Ｓ１３５)定义为可变形体ꎬ采用Ｊｏｈｎｓｏｎ￣ｃｏｏｋ本构模型材料参数ꎮ钻杆采用六面体网格单元Ｃ３Ｄ８Ｒ进行划分ꎬ并对中间刀具接触区域进行细化ꎬ模型中钻杆长度为２００ｍｍꎮ将建好的闸板和钻杆模型进行装配并对边界进行约束ꎮ根据闸板实际剪切作业情况ꎬ仅保留闸板在Ｘ方向的移动ꎻ对钻杆的两端施加Ｚ方向约束ꎬ并对钻杆两端与闸板中心线共面的节点施加Ｙ方向约束ꎬ模拟钻杆在被剪切过程中的动态变形情况ꎮ为缩短不必要的计算时间ꎬ合理设定闸板和钻杆接触前的间距ꎮ闸板剪切模型在ＡＢＡＱＵＳ显式模块中计算ꎬ该模块能够有效模拟出钻杆在闸板剪切过程中的变形及位移载荷等ꎮ闸板和钻杆有限元模型如图２所示ꎮ１ ３㊀结果分析及验证根据闸板运动过程ꎬ可将剪切力的变化分为４个阶段ꎬ具体如下:阶段Ⅰ 闸板未接触钻杆ꎬ此时剪切力为０ꎬ上下闸板在液压力推动下继续沿壳体闸板腔向井口中心移动ꎻ阶段Ⅱ 弹性变形阶段ꎬ闸板刀刃刚接触钻杆时ꎬ剪切力急剧增大ꎬ且刀具刃口与钻杆接触部位出现应力集中现象ꎬ随后钻杆受挤压变形截面逐渐椭圆化ꎬ此时撤去液压外载ꎬ钻杆变形可基本恢复至原来状态ꎻ阶段Ⅲ 塑性变形阶段ꎬ剪切闸板继续向钻杆中心移动ꎬ剪切力也随之增加ꎬ增长速率与弹性变形阶段相比较为缓慢ꎬ此时钻杆所受应力超过屈服强度ꎬ闸板刀具逐步切入钻杆而使钻杆发生塑性变形ꎬ由于钻杆变形程度加剧及材料的塑性硬化ꎬ剪切力会呈现起伏上升的现象ꎻ阶段Ⅳ 断裂阶段ꎬ钻杆在剪切力达到峰值后于两侧尖端部位产生裂纹ꎬ并向钻杆中间快速扩展至完全断裂ꎬ剪切力迅速下降为０ꎮ闸板剪切过程中钻杆的变化情况及剪切力变化曲线如图３和图４所示ꎮ图２㊀闸板和钻杆有限元模型Ｆｉｇ ２㊀Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｂｌａｄｅａｎｄｄｒｉｌｌｐｉｐｅ图３㊀闸板剪切过程中钻杆各阶段变化过程Ｆｉｇ ３㊀Ｓｈｅａｒｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｒｉｌｌｐｉｐｅｉｎｅａｃｈｓｔａｇｅ图４㊀剪切过程中各阶段剪切力变化曲线Ｆｉｇ ４㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｉｎｔｈｅｓｈｅａｒｐｒｏｃｅｓｓ ０７ ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２３年㊀第５１卷㊀第４期提取剪切过程中的剪切力数据ꎬ得到最大剪切力为１１４３ ９ｋＮꎬ与试验测得最大剪切力(１１７９ ４ｋＮ[１６])相比ꎬ相对误差仅为３ ０１％ꎬ说明该模型能够用于剪切运动过程的模拟计算ꎬ仿真结果准确可靠ꎮ２㊀剪切影响因素分析２ １㊀剪切运动分析剪切闸板在液压系统的推力作用下双向移动ꎬ从而完成位于防喷器中心位置钻杆的剪切ꎮ剪切闸板过程为:接触钻杆使钻杆发生弹性变形ꎬ继续剪切产生不可恢复的塑性变形至断裂ꎬ也即闸板在液压系统的推动下只沿Ｘ轴水平方向变速双向移动ꎮ一般情况下ꎬ认为闸板在剪切钻杆过程中没有摩擦ꎬ且以上下闸板接触面为水平面ꎬ即ＯＸＹ面ꎻ以钻杆轴向为Ｚ轴ꎬ向上为Ｚ轴正方向建立空间坐标系ꎮ剪切运动过程如图５所示ꎮ图５㊀剪切运动过程示意图Ｆｉｇ ５㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｈｅａｒｍｏｖｅｍｅｎｔ２ ２㊀因素确定从剪切闸板有限元结构模型及运动分析可以看出ꎬ闸板剪切过程中ꎬ对剪切力和剪切效果起决定作用的结构有剪切闸板和钻杆２个主要部分ꎮ剪切闸板的主要影响因素也即目标函数的自变量有剪切闸板Ｖ形角㊁刀具刃面倾角以及刀具厚度ꎻ钻杆的主要影响因素有外径和壁厚ꎮ其他影响因素在本文中不做讨论ꎮ２ ３㊀变量分析针对闸板防喷器的剪切过程ꎬ通过控制变量法进行参数化分析ꎬ分别研究闸板结构和钻杆结构中的因素对剪切过程中最大剪切力的影响ꎮ２ ３ １㊀闸板结构因素为了研究闸板结构中Ｖ形角和刃面倾角对最大剪切力的影响ꎮ建立有限元模型的基础参数如下:刀具厚度９５ｍｍꎬ钻杆外径１２０ｍｍꎬ钻杆壁厚９ｍｍꎮＶ形角和刃面倾角分别在７５ʎ~１７０ʎ和５ʎ~８５ʎ范围内做间隔为５ʎ的等差递增取值ꎮ计算各工况下的最大剪切力ꎬ结果如图６所示ꎮ由图６可以观察到ꎬ最大剪切力与Ｖ形角呈负相关关系ꎬ与刃面倾角呈正相关关系ꎬ且当刃面倾角超过３０ʎ时ꎬ增长趋势逐渐平缓ꎮ图６㊀闸板结构对最大剪切力的影响曲线Ｆｉｇ ６㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｌａｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｆｏｒｃｅ刀具厚度也是闸板剪切能力的参考指标ꎮ构建有限元模型的基础参数如下:Ｖ形角１２０ʎꎬ刃面倾角４５ʎꎬ管柱外径１２０ｍｍꎬ管柱壁厚９ｍｍꎬ刀具厚度从５０~１２０ｍｍ范围内做等间隔取值ꎮ计算不同刀具厚度下的最大剪切力ꎬ结果如图７所示ꎮ数据表明ꎬ刀具厚度对最大剪切力的影响较小ꎬ几乎不随厚度的变化而变化ꎬ因此ꎬ闸板结构因素不再考虑闸板刀具厚度ꎮ图７㊀闸板厚度对最大剪切力的影响曲线Ｆｉｇ ７㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｌａｄｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｆｏｒｃｅ２ ３ ２㊀钻杆结构因素剪切过程中ꎬ能够影响最大剪切力的另一个重要结构部件就是钻杆ꎮ为了研究钻杆结构中钻杆外径和壁厚对最大剪切力的影响ꎬ建立有限元模型的基础参数如下:闸板Ｖ形角１２０ʎꎬ刃面倾角４５ʎꎬ刀具厚度９５ｍｍꎮ钻杆外径和壁厚分别在７５~１７０ｍｍ和７ ２~１１ ０ｍｍ范围内做等间隔递增取值ꎮ计算不同工况下的最大剪切力ꎬ结果如图８所示ꎮ由图８可以观察到ꎬ随着钻杆外径和壁厚的增加ꎬ最大剪切力与管径和壁厚都呈线性正相关关系ꎬ也即钻杆径厚比越大ꎬ剪断钻杆所需最大剪切力越大ꎮ１７ ２０２３年㊀第５１卷㊀第４期朱学铭ꎬ等:闸板防喷器剪切力预测及刀具结构影响研究㊀㊀㊀图８㊀钻杆结构对最大剪切力的影响曲线Ｆｉｇ ８㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｃｕｒｖｅｏｆｄｒｉｌｌｐｉｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｆｏｒｃｅ３㊀预测模型构建３ １㊀多元参数拟合根据对闸板剪切运动过程的分析ꎬ确定能够影响最大剪切力的因素以构造合理的目标函数ꎮ(１)目标函数设置ꎮ在本文中ꎬ目标函数主要为了求解最大剪切力ꎬ因此ꎬ针对闸板剪切的最大剪切力预测公式的目标函数可以设置为Ｆ(ｘ)ꎮ(２)自变量确定ꎮ选择能够影响最大剪切力的因素作为目标函数的自变量ꎬ在闸板剪切运动中ꎬ对剪切力产生影响的有结构参数及其他因素ꎮ因此ꎬ自变量表达式为ｘ＝(ｆ１ꎬｆ２ꎬｆ３ꎬ ꎬｆｎ)ꎮ(３)公式拟合ꎮ通过控制变量法进行目标函数的单一变量分析ꎬ以有限元参数化模型为基础做大量计算ꎬ观察变量与目标函数之间存在的关系ꎬ并综合考虑量纲一致性原则进行处理ꎬ建立目标函数预测公式基本形式ꎮ基于仿真计算数据对公式待定系数进行拟合求解ꎬ得出所需预测模型ꎮ３ ２㊀公式拟合及误差分析基于上述分析ꎬ根据最大剪切力与各影响因素之间的关系ꎬ闸板结构中Ｖ形角和刃面倾角以及钻杆结构中外径和壁厚为最大剪切力的主要影响因素ꎬ而闸板厚度对其影响有限ꎬ可以忽略ꎮ同时对最大剪切力预测模型公式遵循量纲一致性原则进行处理ꎬ得到最优预测模型为:Ｆ＝ａσ０αβæèçöø÷ｂＤｔ(３)式中:Ｆ为最大剪切力ꎬｋＮꎻσ０为初始屈服强度ꎬＭＰａꎻα㊁β分别为闸板Ｖ形角和刃面倾角ꎬ(ʎ)ꎻＤ㊁ｔ分别为钻杆外径和壁厚ꎬｍｍꎻａ和ｂ为待确定参数ꎮ采用多组有限元算例对公式进行拟合ꎬ得到待定系数ａ＝０ ００１１ꎬｂ＝０ ３６９０ꎬ同时取σ０＝１０２１ ８９６ＭＰａ代入式(３)得到最大剪切力工程计算公式:Ｆ＝１ １２４１αβæèçöø÷０ ３６９０Ｄｔ(４)㊀㊀将有限元仿真模拟结果与预测公式计算结果做对比分析ꎬ结果如图９所示ꎮ由图９可以看出ꎬ有限元计算结果和公式计算结果拟合程度较好ꎮ从图１０可以看出ꎬ预测公式计算结果与仿真结果的相对误差值在１５％以下ꎬ相对误差超过２０％的两个数据为刀具刃面倾角５ʎ和１０ʎꎬ因此认为刃面倾角的选择应在１０ʎ以上ꎮ该偏差不影响公式整体预测效果ꎬ相对误差的平均值为５ ３８％ꎮ从误差分析来看ꎬ预测公式拟合误差较小ꎬ所构建的预测模型可用于闸板剪切的最大剪切力预测ꎮ图９㊀公式计算结果与有限元计算结果对比Ｆｉｇ ９㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｆｏｒｍｕｌａｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ图１０㊀预测公式相对误差Ｆｉｇ １０㊀Ｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｏｆｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａ４㊀结㊀论(１)采用与试验相同的参数构建了闸板剪切有限元模型ꎬ模型模拟的最大剪切力与试验结果符合程度较好ꎬ说明模型能够有效模拟闸板剪切过程ꎮ(２)通过对剪切系统结构参数的变量分析ꎬ得到闸板结构Ｖ形角㊁刃面倾角分别与最大剪切力呈负相关和正相关关系ꎬ刀具厚度影响可忽略ꎻ钻杆２７ ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０２３年㊀第５１卷㊀第４期结构管径和壁厚均与最大剪切力呈正相关关系ꎮ(３)遵循量纲一致性原则综合考虑闸板和钻杆结构参数ꎬ提出最大剪切力预测最优结构模型并对公式进行拟合ꎬ预测模型计算结果与有限元模拟结果的平均相对偏差为５ ３８％ꎬ预测效果较好ꎮ该公式能够用于工程中最大剪切力的预测ꎬ同时为其他剪切闸板剪切力预测和设计提供了参考ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀孟祥瑜ꎬ畅元江ꎬ陈国明ꎬ等.海洋闸板防喷器剪切能力评估[Ｊ].石油机械ꎬ２０１４ꎬ４２(１１):７３－７７.ＭＥＮＧＸＹꎬＣＨＡＮＧＹＪꎬＣＨＥＮＧＭꎬｅｔａｌ.Ａｓ￣ｓｅｓｓｍｅｎｔｏｎｓｈｅａｒｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｕｂｓｅａｒａｍｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅ￣ｖｅｎｔｅｒ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０１４ꎬ４２(１１):７３－７７.[２]㊀赵旭东ꎬ樊春明ꎬ白兰昌ꎬ等.钻井防喷器剪切闸板剪切钻杆三维数值模拟[Ｊ].石油机械ꎬ２０１７ꎬ４５(３):４４－４７.ＺＨＡＯＸＤꎬＦＡＮＣＭꎬＢＡＩＬＣꎬｅｔａｌ.Ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎ￣ｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｈｅａｒｉｎｇｄｒｉｌｌｐｉｐｅｂｙＢＯＰｓｈｅａｒｒａｍ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０１７ꎬ４５(３):４４－４７.[３]㊀雷军ꎬ樊建春ꎬ刘书杰ꎬ等.基于数理统计的深水防喷器系统安全关键性失效分析[Ｊ].中国安全生产科学技术ꎬ２０１４ꎬ１０(１２):１０６－１１１.ＬＥＩＪꎬＦＡＮＪＣꎬＬＩＵＳＪꎬｅｔａｌ.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｓａｆｅｔｙｃｒｉｔｉｃａｌｆａｉｌｕｒｅｏｆｄｅｅｐｗａｔｅｒＢＯＰｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｍａｔｈｅ￣ｍａｔｉｃａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ１０(１２):１０６－１１１. [４]㊀ＧＲＥＥＮＳＴꎬＭＵＥＳＣＨＫＥＮꎬＭＣＣＬＥＮＥＹＡꎬｅｔａｌ.Ｓｕｂｓｅａｂｏｐｓｔａｃｋｓｈｅａｒ/ｓｅａｌｃａｐａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｉｎｇｔｏｏｌ[Ｒ].ＳｔｅｒｌｉｎｇꎬＶｉｒｇｉｎｉａ:ＢｕｒｅａｕｏｆＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉ￣ｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔꎬ２０１７.[５]㊀赵维青.深水水下防喷器剪切能力分析方法及应用[Ｊ].石油机械ꎬ２０１６ꎬ４４(１２):７４－７７ꎬ１１２.ＺＨＡＯＷＱ.Ｓｈｅａｒｃａｐａｃｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄａｎｄａｐｐｌｉ￣ｃａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｓｅａｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒｆｏｒｄｅｅｐｗａｔｅｒｏｐｅｒａ￣ｔｉｏｎ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０１６ꎬ４４(１２):７４－７７ꎬ１１２.[６]㊀ＨＡＮＣＪꎬＺＨＡＮＧＪ.Ｓｔｕｄｙｏｎｗｅｌｌｈａｒｄｓｈｕｔ￣ｉｎｅｘｐｅｒ￣ｉｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｅｒｏｓｉｏｎｏｆｒａｍｒｕｂｂｅｒ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓꎬ２０１３ꎬ３２:２０２－２０８.[７]㊀ＷＥＳＴＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｅｒｖｉｃｅｓ.Ｓｈｅａｒｒａｍｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｓｔｕｄｙ:ｆｏｒｔｈｅＵ.Ｓ.ｍｉｎｅｒａｌｓａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｅｒｖｉｃｅ:Ｒｅｑｕｉｓｉｔｉｏｎ３－４０２５－１００１[Ｒ].ＡｓｈｌａｎｄꎬＶＡ:ＷｅｓｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙꎬＩｎｃ.ꎬ２００４.[８]㊀ＴＥＫＩＮＡ.Ｂｌｉｎｄｓｈｅａｒｒａｍｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒｓ:ｅｓｔｉｍａ￣ｔｉｏｎｏｆｓｈｅａｒｆｏｒｃｅａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒａｍｇｅｏｍｅｔｒｙ[Ｄ].Ｃｏｌｕｍｂｕｓ:ＴｈｅＯｈｉｏＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１０.[９]㊀ＬＩＵＺＧꎬＧＵＯＪＹꎬＧＵＯＴＦꎬｅｔａｌ.Ｆｏｒｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎｂｌｏｗ￣ｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒｓｈｅａｒｉｎｇｏｆｄｒｉｌｌｐｉｐｅｓ[Ｊ].Ｅｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓꎬ２０１７ꎬ７４:１５９－１７１. [１０]㊀刘冰ꎬ赵永杰ꎬ李栋ꎬ等.剪切闸板防喷器剪切钻杆断口几何形状研究[Ｊ].船舶力学ꎬ２０２１ꎬ２５(４):４６２－４７０.ＬＩＵＢꎬＺＨＡＯＹＪꎬＬＩＤꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｎｇｅｏｍｅｔ￣ｒｉｃａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓｈｅａｒｅｄｄｒｉｌｌｐｉｐｅｏｆｓｈｅａｒｒａｍｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｉｐＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０２１ꎬ２５(４):４６２－４７０.[１１]㊀刘冰ꎬ李涛ꎬ赵永杰ꎬ等.连续油管防喷器闸板剪切钻杆过程的力学性能[Ｊ].天然气工业ꎬ２０１９ꎬ３９(４):８２－８９.ＬＩＵＢꎬＬＩＴꎬＺＨＡＯＹＪꎬｅｔａｌ.Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒ￣ｔｉｅｓｏｆａｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒｒａｍｉｎｔｈｅｓｈｅａｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＮａｔｕｒａｌＧａｓＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１９ꎬ３９(４):８２－８９.[１２]㊀刘冰ꎬ李涛ꎬ赵永杰ꎬ等.剪切闸板防喷器剪切钻杆断口凸起高度评估[Ｊ].工程科学与技术ꎬ２０１９ꎬ５１(２):１７６－１８４.ＬＩＵＢꎬＬＩＴꎬＺＨＡＯＹＪꎬｅｔａｌ.Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｆｒａｃ￣ｔｕｒｅｓｅｃｔｉｏｎａｌｒａｉｓｅｄｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｓｈｅａｒｅｄｄｒｉｌｌｐｉｐｅｉｎｓｈｅａｒｒａｍｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒ￣ｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１９ꎬ５１(２):１７６－１８４.[１３]㊀ＺＨＵＬꎬＥＳＴＥＦＥＮＳＦꎬＬＯＵＲＥＮÇＯＭＩ.Ｆｒａｃｔｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉａａｐｐｌｉｅｄｔｏｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅ￣ｖｅｎｔｅｒｒａｍｓｈｅａｒｉｎｇ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙ￣ｓｉｓꎬ２０２０ꎬ１１４:１０４５９６.[１４]㊀王旭东ꎬ司念亭ꎬ冯硕ꎬ等.剪切闸板防喷器剪切力预测研究[Ｊ].钻采工艺ꎬ２０１９ꎬ４２(４):７４－７６.ＷＡＮＧＸＤꎬＳＩＮＴꎬＦＥＮＧＳꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｎｈｏｗｔｏｐｒｅｄｉｃｔｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｏｆｓｈｅａｒｒａｍｂｏｐ[Ｊ].Ｄｒｉｌｌｉｎｇ＆ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４２(４):７４－７６. [１５]㊀ＬＩＴꎬＺＨＡＯＹＪꎬＸＩＥＰꎬｅｔａｌ.Ｆｏｒｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｃｏｉｌｅｄｔｕｂｉｎｇｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅｖｅｎｔｅｒｉｎｔｈｅｓｈｅａｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓꎬ２０２１ꎬ１２１:１０５０７３.[１６]㊀ＨＡＮＣＪꎬＹＡＮＧＸꎬＺＨＡＮＧＪꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｄａｍａｇｅａｎｄｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｓｈｅａｒｒａｍｏｆｔｈｅｂｌｏｗｏｕｔｐｒｅ￣ｖｅｎｔｅｒｉｎｔｈｅｓｈｅａｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦａｉｌ￣ｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓꎬ２０１５ꎬ５８ꎬＰａｒｔ１:８３－９５.㊀㊀第一作者简介:朱学铭ꎬ生于１９９８年ꎬ现为中国石油大学(北京)在读硕士研究生ꎬ研究方向为完整性管理及装备可靠性ꎮ地址:(１０２２４９)北京市昌平区ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１４９２１１２７８７＠ｑｑ ｃｏｍꎮ通信作者:吕志阳ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｌｖｚｈｉｙａｎｇ＠ｃｕｐ ｅｄｕ ｃｎꎮ㊀收稿日期:２０２２－０９－２６(本文编辑㊀王刚庆)３７２０２３年㊀第５１卷㊀第４期朱学铭ꎬ等:闸板防喷器剪切力预测及刀具结构影响研究㊀㊀㊀。

闸板防喷器气密封性能改进措施分析防喷器是用于井口的重要设备，有着防止油井和气井中高温、高压、高含硫气体失控的作用，在油田井喷事故预防中的作用不可替代。

在油田井喷事故的控制中，有闸板防喷器和环形防喷器两种设备，本文主要对闸板防喷器进行讨论。

标签：闸板防喷器；气密封；改进措施0 前言闸板防喷器是高压油田中控制井喷事故不可缺少的设备，由壳体、活塞侧门、油缸、密封件、闸板等部分构成，闸板会因为液压对活塞的作用开和关，由此便可以实现封闭井口的功能。

我国的石油开采经过多年发展已经非常成熟，拥有一套完整的作业体系，无论开采质量还是作业中的安全性都有很好的控制。

但随着我国石油开采的不断发展，石油天然气的开发难度也在不断地增加，尤其是页岩气的开发，对设备的性能要求更加苛刻。

1 闸板防喷器气密封失去作用的根本原因挂钻具、剪钻杆、封闭井口等是闸板防喷器的基本功能，封闭井口是其最主要的功能，闸板防喷器中共有壳体和侧门、侧门腔和活塞杆、闸板上部和壳体、闸板前部和钻具、垫环和垫环槽等五处重要的密封点[1]。

针对2FZ35-105、2FZ35-70、2FZ28-105等不同型号的闸板防喷器进行分析得知，目前导致闸板防喷器气密性失去作用的根本原因是侧门和壳体以及侧门腔和活塞杆之间的密封性能出现了问题，因此应在这两个方面对闸板防喷器进行改进。

2 闸板防喷器气密封的密封原理前文已经介绍过目前在闸板防喷器中有两个气密封的问题，分别是侧门和壳体以及侧门腔和活塞杆之间的空隙，因此闸板防喷器才会失去作用。

那么在对这两项内容进行改进之前我们首先要明确它们的工作原理，从而才能在原理的基础上找到改进方式。

首先是侧门和壳体，闸板防喷器的侧门和壳体通过螺栓连接在一起，为了保证密封性，在二者的结合处用密封件做了密封处理。

这样侧门和壳体在连接螺栓的作用下紧紧的贴在一起，此时密封件由于受到挤压而变形，变形后的密封件会完全封死侧门和壳体之间的空隙，因此无论是气体还是液体都不会从空隙处泄漏。

闸板防喷器检修易出现的问题及控制措施摘要：防喷器是有效避免井喷事故发生的重要工具，回顾历史，我们不难发现每一次井喷事故的发生在对环境造成不可挽回的破坏的同时亦会造成巨大的经济损失与人员伤害。

因此加强对井口防喷器故障原因的分析与探究，确保安全隐患的及时排除和设备的正常有效运行，对避免井喷事故的发生具有重大意义。

本文剖析了闸板防喷器检修过程中所遇到的困难，同时参考井控装备的检修标准和石油行业标准，提出了检修质量控制措施，提高检修效率，取得了较好的经济效益。

关键词：闸板防喷器；检修；出现问题；控制措施1、前言闸板防喷器是井控中最主要的设备之一。

它具有密封性好、抗压性强、关井时间长等优点，同时它还具备良好的兼容性可以配备各种关闭闸板，例如关闭各种油管、钻杆、套管的闸板；可关闭空井的全封闸板；可变径的变径闸板；可将钻杆剪断的剪切闸板等，从而使得井口防喷器可以有效满足实际不同情况下的各种需要。

此外闸板防喷器还可在液压关闭后进行手动锁紧闸板，确保即使失去控制液压仍能较长时间有效实现密封关井。

由此可见闸板防喷器对于油气井的正常运作必不可少。

2、闸板防喷器检修存在问题2.1检修流程。

（1）旧料回收。

钻井队将防喷器送至井控车间，由接收人检查外观做好记录，签字确认。

（2）拆卸。

防喷器检修人员将闸板侧板打开，检查各个部位，将闸板总成摘掉。

（3）清洗。

（4）检查。

检查各个部位有无损伤，更换侧门密封件，按井队送达进行组装。

（5）试压。

将组装好的防喷器安装到试压设备上，按照SY/T 6160-2008《防喷器的检查和维修》进行试压检验。

（6）入库。

填写合格证。

2.2存在问题。

（1）送检防喷器损坏严重。

送检闸板防喷器检修过程中经常遇到的问题有：设备陈旧、钢圈槽损伤严重、侧门螺丝过紧或粘扣、闸板轴腐蚀严重、顶密封平面损伤、连接螺栓无法拆卸。

（2）闸板防喷器厂家多。

目前使用的闸板防喷器主要由华北荣盛、上海神开、江苏信得等企业生产；型号有18-70、18-105、28-105、35-70、35-105、54-14和53-21；每个厂家的防喷器结构不同，外形各异，主要有Cameron结构、HYDRIL结构、Shaffer结构，其所需配件型号不同，种类繁多；检修方法和工具也不同，给检修工作带来困难。