螺栓损伤对环形防喷器密封性能的影响及量化评定指标研究

何 莎¹，邓勇刚¹，俞嘉敏¹，王仕强²，王榕²，杨清贤²

（1.中国石油集团川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院，四川 广汉 618300；

2.四川科特检测技术有限公司，四川 广汉 618300）

摘  要：环形防喷器作为控制井口压力的关键设备，其密封性能至关重要。密封件损伤是导致防喷器泄漏的主要原因之一。通过环形防喷器壳体-法兰、顶盖一法兰密封部位影响因素分析和有限元计算，量化分析了螺栓失效对环形防喷器密封性能的影响，明确了密封失效的判定指标。研究结果表明，螺纹孔损伤数量对环形防喷器密封失效影响较大。提出的影响密封的损伤指标将支撑《井控装备定期检验及分级评定规范》(Q/SY02037—2023）的制修订。

关键词：环形防喷器；密封性能分析；螺栓损伤

0  引言

环形防喷器是油气井作业中用于控制井口压力的关键设备，其密封性直接关系到作业的安全性。在工程实际中，防喷器服役时间较长，在环境腐蚀、螺栓反复拧人拧出、钢质构件互相磕碰、钻柱旋转磨损主通径的条件下，发现螺栓和主要部件均有不同程度和数量的锈蚀黏扣、磨损等缺陷发生。因此，分析密封件损伤对泄漏的影响，对于提高防喷器的可靠性和安全性具有重要意义。

胡杨俊针对深水闸板防喷器，提出Mises应力与接触应力是导致闸板胶芯强度破坏的重要因素，并发现闸板胶芯的前部胶芯与胶唇是主要失效区域。王仕强等分析了不同缺陷尺寸下闸板防喷器顶密封部位接触压力的分布特性，找到了能让防喷器顶密封部位保证良好密封性能的闸板腔顶部腐蚀深度临界值。俞嘉敏等™分析了螺纹孔损坏对2FZ35-70闸板防喷器侧门密封性能的影响，确定了导致侧门连接部位密封失效的最小螺栓损伤数量。王礼翔等针对闸板防喷器胶芯密封问题，对比研究了不同液压力和井筒压力对胶芯密封的影响。学者更多聚焦在闸板防喷器密封性研究，针对环形防喷器，主要开展了超弹性模型本构方程的研究，并从高温、结构等影响因素出发，探究了球形胶芯形变规律及其密封特性，而较少关注环形防喷器上下连接法兰金属密封面在损伤影响下的失效问题。

本文以环形防喷器为研究对象，分析影响其密封性能的关键因素，针对不同类型、多种尺寸的损伤特征，通过有限元模拟，以接触应力为评价指标，量化损伤表征参数可接受阀值，为环形防喷器检测和分级评定提供判定标准，支撑《井控装备定期检验及分级评定规范》（Q/SY 02037—2023）的制定。

1 环形防喷器密封影响因素分析

环形防喷器主要密封部位为壳湾-法兰、顶盖-法兰连接部位，因壳体-法兰、顶盖-法兰密封部位都有螺栓连接，相邻螺孔损伤在相同数量的螺孔损伤场景中为最严重，所以应对不同数量的相邻螺孔损伤失效进行分析，确定对密封性能影响的最小螺孔数量。

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