井口防喷器闸板轴结构优化分析

王浩华 秦 浩，2 贾锦秀

（1.西华大学能源与动力工程学院，四川 成都 610039；2.西华大学流体及动力机械教育部重点实验室，四川 成都 610039；3.中国石油集团东方地球物理勘探公司西南物探分公司，四川 成都 610213）

0 引言

油气井在开发时危险性极大，因此在开采作业过程中需要使用防喷器［1-2］，这是井控装置的关键设备之一。使用管子闸板或环形防喷器关闭通道，且在紧急情况下使用剪切闸板剪断钻具，其主要用途是在钻井、修井等作业过程中，来控制井内压力，防止井喷事故的发生，从而实现安全作业。工作状态下闸板轴前端处于井压环境中，使得轴身前端承受的各项应力较大，尤其是在剪切钻杆过程中，剪切闸板轴将受到钻杆和井压的双重反作用力，在这样的高压冲击荷载下，结构尺寸突变处会出现严重的应力集中现象，同时产生的高强度压力冲击波，在衰减过程中，仍会对闸板轴进行冲击，使其产生疲劳缺陷，致使油气井中一些酸性成分（如SO2、H2S）等介质侵入轴身内部产生酸性腐蚀，严重时会使金属材料发生脆性断裂，存在安全隐患［3-6］。因此对闸板轴进行结构优化分析，以提高设备可靠性，增加使用寿命。

随着计算机技术的飞速发展和有限元方法的建立与完善，使得基于弹性力学采用单元实验进行数值分析成为了可能［7-9］；D.V.Kubair等人［10］和Zheng Yang等人［11］推论应力集中是由零件结构形状尺寸突变而引起的应力突增；张娜等人［12］研究了γ-TiAl多晶体压缩后的应力分布情况，表明应力集中主要位于晶界和模型棱角处。……