井喷冲击作用下环形防喷器动力响应

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防喷器作为井控装置的执行机构，其作用是在油气井井喷失控时控制井口压力，因此防喷器的承载能力直接影响到井控的成功与否。目前对于防喷器的承载能力分析多关注其静态状态下强度及变形[1-2]，对防喷器的动态分析少见。由于井喷时井桶内会出现突然的冲击载荷，其对防喷器会产生突然的作用，因此对防喷器进行冲击载荷作用下的动力分析也很有必要。

1 模型建立

选取渤海常用的FH28-35型环形防喷器进行分析，

其详细规格参数见表1。环形防喷器在工作时壳体与顶盖是由螺栓连接，建立模型时采用TIE约束模拟两部件之间的连接，装配好的防喷器模型如图1所示。

表1 FH28-35环形防喷器规格参数

公称通径/mm 工作压力/MPa 强度压力/MPa 外形尺寸/mm 280

1138*1105

图1 环形胶芯环形防喷器壳体模型

将材料参数赋予模型中，通过查阅防喷器出厂说明书，可以获取防喷器材料参数见表2。因为进行动态分析，要考虑到加速度，因此加入了材料密度这项参数。为减小计算规模，假设材料为弹性材料。

表2 球型环形防喷器规格参数

材料

柔性线路

密度/kg/m 3

弹性模量/Pa 泊松比/

ν屈服极限/Pa 强度极限/MPa

25CrNiMo 7850

中频淬火变压器

2.06e11

0.3

5.17e 8

奖章制作6.55e 8

为了减小计算成本，考虑环形防喷器的对称性，选择1/2模型进行计算分析。采用C3D8R三维8节点减缩积分实体单元对防喷器划分网格，有限元网格模型见

图2。

图2 环形防喷器壳体有限元模型

对防喷器通径内壁施加冲击模拟井筒内的冲击力，将底部法兰固定约束模拟螺栓连接。冲击荷载最大值为防喷器额定工作压力35MPa，冲击载荷简化曲

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线如图3，施加载荷示意图见图4。

图3 冲击载荷曲线

井喷冲击作用下环形防喷器动力响应

孙旭涛1 刘峰2

1. 中海油田服务股份有限公司天津 300450

2. 中海油天津分公司工程技术作业中心天津 300450

摘要：环形防喷器在井喷作用下抗冲击能力不容忽视。利用ABAQUS大型有限元分析软件对某型环形防喷器进行动态分析，进行结构校核并确定出其受力薄弱部位，得出了应力及变形的动态响应，为防喷器的使用及检验提供了一定的参考依据。

关键词：井喷冲击环形防喷器动力响应

Dynamic response of annular blowout preventer under blowout impact

Sun Xutao 1，Liu Feng 2

1.China oilfield services co. LTD.，Tianjin 300450

Abstract：The impact resistance of annular blowout preventer under blowout action cannot be ignored. Using ABAQUS large finite element analysis software, the dynamic analysis of a certain type of annular blowout preventer was carried out, the structure was checked and the weak part of the force was determined, and the dynamic response of stress and deformation was obtained, which provided a certain reference basis for the use and inspection of the blowout preventer.

Keywords：blowout；impact；Annular blowout preventer；dynamic response

层骨架的人造岩心实验研究[J]. 天然气地球科学，2014，25（7）：1120-1126.

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[6]侯冰，陈勉，金衍. 一种节理性页岩人造岩心的制备方法：中国，104034563A[P]. 2014-09-10.

（上接第118页）

图4 冲击载荷施加示意图

2 计算分析

通过图5可见环形防喷器在承受冲击载荷过程中的

峰值应力为88.72MPa，此时冲击荷载达到最大值，模

盲文图书型所受到的冲击力最大。防喷器所受应力小于材料屈服应力，强度满足要求。此外在环形防喷器壁厚较薄处及结构突变处应力值较大。通过图6可见由于螺栓的固定作用，防喷器的法兰处变形较小。而自由端变形最大值达到了0.12mm，可能会对防喷器的密封性能造成一定影响。

为了详细了解环形防喷器在冲击载荷作用过程中的动力响应，选取环形防喷器薄弱点分析其应力及变形规律。绘制出应力/变形时间历程曲线如图7所示。由图7可见，防喷器薄弱点的应力及变形随着载荷曲线的变化也呈现规律性的波动，随着载荷的减小其变化

趋势也逐渐平稳。

图7 薄弱点应力与变形时间历程曲线

3 结论

通过对环形防喷器的动力分析，确定出其受力薄弱部位，得出了应力及变形的动态响应，为防喷器的使用及检验提供了一定的参考依据。

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393.

图5

应力云纹图

图6 变形云纹图电热水器控制器

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