水下防喷器

- 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。

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。

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）。

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。

Frigstad D90半潜式钻井平台为目前世界上最先进的半潜式钻井平台之一，其装备了NOV生产的Shaffer水下防喷器系统。

目前国产水下放喷器虽已完成研发和试制，但未得到实际应用，而NOV作为全球最大钻井设备生产商，水下放喷器及其控制系统在全球范围内得到广泛应用。

Shaffer水下防喷器是一款深水防喷器，应用水深可达12000英尺，其控制系统工作方式较中度水深防喷器有了极大的提高。

该防喷器的控制系统通过光纤进行传输，待信号至防喷器后，通过水下电气总成（Subsea electronic assembly）转化为电信号，再通过电磁阀将电信号转化液压信号。

1 Frigstad D90半潜式钻井平台及Shaffer水下防喷器简介Frigstad D90是第七代超深水半潜式钻井平台。

该平台长117米、宽92.7米、高118米、最大排水量达7万吨，最大工作水深为12000英尺（3658米），钻井深度为50000英尺（15250米），配备DP3动力定位系统。

该平台采用NOV液压双钻塔设计，大大提高生产效率。

D90半潜式钻井平台1套Lower Marine Riser Package （LMRP） 隔水管底部总成和2套Lower BOP Stacks底部防喷器组；LMRP上存放2个环形防喷器，其额定工作压力10000psi，防喷器组通径18-3/4”，每套底部防喷器组共有7副闸板，额定工作压力15000psi ，其控制系统具有信号抗干扰性能好、防喷器动作响应快、控制技术可靠性高等特点。

2 Shaffer水下防喷器的结构Shaffer水下防喷器组由Lower Marine Riser Package （LMRP） 底部隔水管总成和（Lower BOP Stacks）底部防喷器组成。

水下防喷器的控制系统有四套分别是多功能电缆控制系统、声控系统、紧急液压备用系统和ROV控制系统。

不同的控制系统在不同的工况下使用。