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1、石油机械—38—CHINAPETROLEUMMACHINERY2006年第34卷第7期!新产品开发#特大型钻井单闸板防喷器的研制肖力彤宋振华杨登树(四川石油管理局成都总机械厂)摘要为满足用户的要求,在成功开发各型闸板防喷器系列产品的基础上,又成功地开发了我国首台特大型钻井单闸板防喷器。该防喷器采用APISpec6A法兰与其它井口设备连接,关闭及打开闸板总成均采用液压操作,闸板关闭后采用手动锁紧闸板轴的方法,可实现防喷器地面控制系统泄压。现场使用情况表明,它能满足钻井作业需要。按APISpec53推荐标准,每使用14d试压1次,共试压
2、3次,均合格。在倒换井口之后进行常规检查,各部件均正常、完好,其经济效益是非常可观的。关键词特大型钻井单闸板防喷器钻井用闸板防喷器是石油及天然气钻井工程中闸板防喷器。目前有2台产品在长城钻井公司所属必备的设备,它具备有效封闭井口装置、防止钻井的GW51钻井队中应用。该单闸板防喷器具有操作时井喷以及处理其它复杂情况等功能,并且具备用方便,安全可靠等特点,较好地满足了现场钻井施液压开关闸板的功能。其特点是操作方便、安全可工的使用要求。靠、结构紧凑,它既可在井内无钻柱时关闭井筒,又可在井内有钻柱时关闭套管与钻柱间的环形技术分析空间。四川石
3、油管理局成都总机械厂在成功开发各型1.结构闸板防喷器系列产品的基础上,应用户的要求,于特大型钻井单闸板防喷器主要由壳体、活塞油2004年6月至2005年3月,又成功地研发了我国缸总成、铰链总成、闸板总成及手动操作杆等几大首台FZ«679145mm(263/4英寸)特大型钻井单部分组成,其结构示意图如图1所示。图1特大型钻井单闸板防喷器示意图1—手动操作杆总成;2—闸板总成;3—壳体;4—活塞油缸总成;5—连接螺栓;6—铰链总成2.主要技术参数473mm(5～185/8英寸)管子闸板总成;[1][2]公称工作直径:679145mm(2
4、63/4英寸);主通径法兰连接型式:APISpec6A额定工作压力:1318MPa(2000psi);6B«679145mm,1318MPa;强度试验压力:2017MPa(3000psi);密封垫环型号:APISpec6AR93;油缸工作压力:≤1015MPa(1520psi);油缸工作直径:350mm;可配装闸板总成:全封闭闸板总成、«127～适用工作介质:原油、钻井液、天然气。2006年第34卷第7期肖力彤等:特大型钻井单闸板防喷器的研制—39—该特大型钻井单闸板防喷器,采用APISpec软件进行有限元分析,使其结构更合理;6A
5、法兰与其它井口设备连接,关闭及打开闸板总④为使壳体及侧门这2种铸造毛坯具有可靠的成均采用液压操作,闸板关闭后采用手动锁紧闸板质量,笔者对铸造设备、铸造工艺、检测手段、机轴的方法,可实现防喷器地面控制系统泄压。加工工艺、热加工方法及性能试验条件均严格要求,认真执行,确保了研制的成功。设计要点(2)结构特点该防喷器具有以下特点:①由于该防喷器关闭闸板后具有井内压力助封1.总体设计方案的功能,因此当活塞油缸在液压作用下关闭闸板后,目前国内外各防喷器厂商所生产的闸板防喷用手动操作杆将锁紧轴锁紧活塞杆使闸板不能自行器,具备多种开关方式:①手动
6、关闭及手动打开方打开时,即可将关闭油缸的压力卸掉,实现地面控式;②液压关闭并手动锁紧及液压打开方式;③液制系统泄压,此时闸板仍然能够实现良好的密封;压关闭并液压锁紧及液压打开方式。②平面形顶部密封在关闭闸板时能建立初始密闸板结构外形有圆弧形顶部密封结构和平面形封,在井内压力作用下,闸板总成上浮使顶部密封顶部密封结构2种。压偏量增加,密封能力增强,井内压力越高,该密根据钻井工艺、使用环境、使用工作状况及主封效果越好;要技术性能指标的要求,并充分考虑其可靠性、可③壳体采用双法兰四吊耳结构便于吊装,侧门维修性等方面的诸多因素,确定特大型钻
7、井单闸板采用使闸板退入凹槽腔中的设计,既减轻了壳体的防喷器的总体设计方案。通过对成都总机械厂开发外形尺寸和质量,又便于侧门的开关;的多种型号单闸板防喷器的分析研究,决定该防喷④闸板总成钢体采用整体式结构,密封胶心采器采用:①上下两端为API法兰连接;②液压关闭用分体式结构,结构简单,加工拆装更加方便。并手动锁紧及液压打开方式;③平面形顶部密封结构。弹性变形及应力分析2.关键零件的优化设计特大型钻井单闸板防喷器的壳体及侧门是该产11弹性变形品的重要零件。在实际工作中,当该防喷器承受工从计算结果知道,壳体各部位沿不同坐标方向作压力时,壳
8、体及侧门是直接承受压力的零件,其均有变形,在X、Y、Z各轴向均存在变形。分析云承载能力能否满足设计要求,将直接决定该防喷器图的变形比例为3521671,壳体窗口中部在Z轴方向研制的成败。通过对壳体及侧门按实际工作状况进的变形较大,在静
