2024年7月22日发(作者：暨凌寒)
２０１１年第４ｏ卷
第１Ｏ期第８Ｏ页
石油矿场机械
ＯＩＬ ＦＩＥＬＤ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ２Ｏ１１，４０（１０）：８０～８２
文章编号：１００１ ３４８２（２０１１）１０－００８０—０３
Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５－３５型双闸板防喷器研制
郑 泳 ，肖力彤 ，崔 凯 ，唐秋林 ，刘 义 ，杨卫星。
（１．宝鸡石油机械有限责任公司成都装备制造分公司，成都６１００５１；２．中石油技术开发公司，北京１０００２８；
３．吐哈油田公司机械厂，新疆哈密８３９００９）
摘要：为满足中海油用户的要求，开发了Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器。该防喷器采用
ＡＰＩ Ｓｐｅｃ ６Ａ法兰与其他井口设备连接，用液压控制关闭和打开闸板总成，闸板关闭后采用手动锁
紧闸板轴；整体强度、液控油路和液缸强度及剪切０１２７ ｍｍ（５英寸）钻杆和剪切闸板密封试验、变
径闸板试验（封隔０８８．９ ｍｍ（３ 英寸）和ｏ１２７ ｒａｍ（５英寸）管柱）和通径试验满足ＡＰＩ Ｓｐｅｃ １６Ａ
推荐标准。现场使用表明，具有安全可靠、开关迅速灵活、结构轻便、操作方便等特点。
关键词：双闸板防喷器；结构；安全
中图分类号：ＴＥ９３１．１ 文献标识码：Ｂ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃａｍｅｒｏｎ Ｓｔｙｌｅ ２ＦＺ３５—３５ Ｄｏｕｂｌｅ－ｒａｍ ＢＯＰ
ＺＨＥＮＧ Ｙｏｎｇ ，ＸＩＡＯ Ｌｉ—ｔｏｎｇ ，ＣＵＩ Ｋａｉ ，ＴＡＮＧ Ｑｉｕ—ｌｉｎ ，ＬＩＵ Ｙｉ ，ＹＡＮＧ Ｗｅｉ—ｘｉｎｇ。
（１．Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕ ｃｔｕｒｉｎｇ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｎ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，
Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２８，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｐｌａｎｔ，Ｔｕｈａ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈａｍｉ ８３９００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＮＯＯＣ，ｔｏ ｍｅｅｔ ｕｓｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｏｉｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎ Ｃａｍ—
ｅｒｏｎ ｓｔｙｌｅ ２ＦＺ３ ５—３ ５ ｄｏｕｂｌｅ—ｒａｍ ｂｌｏｗｏｕｔ ｐｒｅｖｅｎｔｅｒ ｉｎ ＣＮＰＣ．Ｔｈｅ ｂｌｏｗｏｕｔ ｐｒｅｖｅｎｔｅｒ ｗｉｔｈ ＡＰＩ
Ｓｐｅｃ ６Ａ ｗｅｌｌｈｅａｄ ｆｌａｎｇｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｂｏｔｈ ｃｌｏｓｅｄ ａｎｄ ｏｐｅｎ ｒａｍ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａＳ—
ｓｅｍｂｌｙ，ｒａｍ ｃｌｏｓｅｄ ｍａｎｕａｌｌｙ ｌｏｃｋｉｎｇ ｒａｍ ａｘｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ＡＰＩ Ｓｐｅｃ １６Ａ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ
ｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｏｉｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｏａｄ ａｎｄ ｔａｎｋ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｈｅａｒ ５ ｄｒｉｌｌ ｐｉｐｅ
ｔｅｓｔ，ｓｈｅａｒ ｒａｍ ｓｅａｌ ｔｅｓｔ，ｖａｒｉａｂｌｅ ｂｏｒｅ ｒａｍ ｔｅｓｔ（ｃｌｏｓｅｄ ３ ａｎｄ ５”ｄｒｉｌｌ ｐｉｐｅ）ａｎｄ ｐａｔｈ ｔｅｓｔｓ ａｒｅ
ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈａｔ ｓｉｔｅ，ｉｔ ｈａｓ ａ ｓａｆｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｒａｐｉｄ ａｎｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｅａｓｙ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ—ｒａｍ ＢＯＰ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓａｆｅｔｙ
随着深井、超深井、高压油气井的增加及平衡钻
井工艺的广泛采用，特别是在欠平衡钻井中，井控设
备已成为及时发现和控制溢流、防止井喷、避免油气
便、操作方便等特点。
闸板防喷器按侧门开关方式的不同，可分为旋
转侧门式和直线运动侧门式２种形式，Ｃａｍｅｒｏｎ式
２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器的结构形式属于后者。
当侧门开、关时，侧门沿着位于固定在壳体上的２个
侧门开、关活塞杆做直线运动。
资源浪费、保护设备和人身安全的关键设备。近年
来，钻井工艺对井控设备的研制和使用要求越来越
高，即具有安全可靠、开关迅速灵活、多功能、结构轻
收稿日期：２０１ｌ＿Ｏ４一Ｏ７
作者简介：郑 泳（１９８３一），男，湖北天门人，工程师，２００５年毕业于长江大学机械设计制造及其自动化专业，目前从事石油
钻采设备的科研工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｙ２００１１５２５＠１２６．ｃｏｍ。
第４Ｏ卷第１Ｏ期 郑泳，等：Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器研制
１结构及工作原理
Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器主要由
关闭
泄压。
是羹吾善
用手动锁紧闸板轴来实现防喷器地面控制系统
壳体、闸板总成、液缸总成３大部分组成，结构如
图
１～剪切闸板总成；２一剪切双液缸总成；３～普通液缸总成；
４一变径闸板总成；５～壳体
图１ Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５双闸板防喷器结构
该防喷器利用液压打开和关闭闸板，并且能够
快速更换闸板。当依靠闸板关闭压力来关闭闸板
时，卸掉侧门螺栓，关闭压力将侧门打开，闸板移动
到完全伸展的位置后，闸板与防喷器壳体脱开，每个
闸板顶部都安装了１个带孔螺栓，以便将闸板从防
喷器中提出。反之，当依靠闸板打开压力来打开闸
板时，打开压力将侧门关闭，闸板被向外拉，并在侧
门开始向防喷器壳体移动之前靠近侧门，以保证不
挡住井孔，也不会与井中的管柱碰撞。液压力将侧
门靠紧防喷器壳体后重新安装侧门螺栓，保持侧门
关闭。
２主要技术参数口
公称工作直径０３４６．１ ｍｍ（１３％英寸）
额定工作压力 ３４．５ ＭＰａ（５ ０００ ｐｓｉ）
强度试验压力 ５１．７５ ＭＰａ（７ ５００ ｐｓｉ）
液缸工作压力 ≤１Ｏ．５ ＭＰａ（１ ５２０ ｐｓｉ）
可配装闸板总成
全封闭闸板总成
剪切闸板总成
０７３￣ｏｌ２７ ｍｍ（２ ～５英寸）变径闸板总成
主通径法兰连接型式（ＡＰＩ Ｓｐｅｃ ６Ａ）
６ＢＸ０３４６．１ ｍｍ，３４．５ ＭＰａ
密封垫环型号
ＡＰＩ Ｓｐｅｃ ６Ａ ＢＸ１６０
适用工作介质 原油、钻井液、天然气
液压系统
正常工作压力
１Ｏ．３４ ＭＰａ（１ ５００ ｐｓｉ）
剪切钻杆最大压力
１９．３ ＭＰａ（２ ８００ ｐｓｉ）
工作闸板最大压力
２０．７ ＭＰａ（３ ０００ ｐｓｉ）［ ］
３关键零件优化设计
３．１有限元设计验证
壳体和侧门是该防喷器的重要零件。当防喷器
承受工作压力时，壳体和侧门直接承受压力。按照
实际工作状况，采用Ａｎｓｙｓ １２．０分析软件对壳体和
侧门进行有限元受力分析，对其进行约束和加载，分
析其变形和应力最大点，验证设计的合理性和安
全性 。
３．２技术难点及解决措施＿４
１） 由于该防喷器工作压力很大，以致其壳体
闸板腔受力面积很大，设计要求壳体具有足够的强
度，但又受到安装空间的限制，因此选用了双法兰连
接的结构形式，既能满足强度要求又使连接更加
方便。
２） 为保证壳体和侧门具有足够的强度，采用
Ａｎｓｙｓ １２．０分析软件进行有限元分析，对局部形状
进行优化设计，使其结构更合理。
３）为使壳体和侧门具有可靠的质量，对锻造
设备和工艺、检测手段、机加工工艺、热加工方法和
性能试验条件均严格要求，确保其质量可靠。
３．３结构比较及创新技术
３．３．１ Ｕ形闸板
１） Ｕ形闸板体后部为马鞍形门槽，垂直挂在
活塞槽上，不能横向移动（有少量间隙）。为了避免
打开侧门时遇卡，Ｃａｍｅｒｏｎ式Ｕ形闸板采用液压直
行打开；ＳｈａＫｅｒ式闸板防喷器为铰链连接的旋转
式侧门，当侧门下垂时，极易造成闸板与闸板腔
干涉。
２） 为无螺钉连接，拆换胶芯很方便。装配时，
将前部胶芯后面带有垂直销孔的２根硫化销插入闸
板体对应的水平孔，再将上部胶芯下面的２根硫化
销插入闸板体垂直销孔中，以确保盘根被锁定而不
会被井内液流移位；Ｓｈａｆｆｅｒ式闸板防喷器闸板由于
连接螺钉垂直放置，因此受很大剪力，经常发生剪弯
或剪断现象。
３） 用２根导向杆支承闸板。在侧门关闭时对
准闸板腔室，不会损坏闸板、活塞杆和密封件；在闸
板离开闸板腔室后不会翻转跌落。
４）优化设计Ｕ形闸板胶芯结构。有限元分
石油矿场机械 ２０１１年１０月
析显示，在胶芯圆弧面的局部接触应力极值大于唇
部平面处，圆弧面与平面的尖角部分出现应力集中，
且随着井内压力的不断增大，圆弧面上的接触压力
区域逐渐减小，应力集中现象越来越明显，最终导致
密封失效 ］。
３．３．２壳体
Ｓｈａｆｆｅｒ式闸板防喷器壳体闸板腔室为矩形，
Ｃａｍｅｒｏｎ式的壳体闸板腔室由矩形改为椭圆形，使
其应力峰值降低１５ ～２０ ，因而使得壳体安全系
数更高，整体高度尺寸更小。
３．３．３侧门螺栓
壳体闸板腔室由矩形改为椭圆形后，冲击面和
侧门螺栓承受的拉力变小，从而杜绝了螺栓的早期
断裂，进一步解决了高压侧门密封泄漏问题。
３．３．４侧门径向密封
采用侧门径向密封取代了侧门盘根端面强制密
封结构，使其密封能力不取决于侧门螺栓扭矩。该
密封结构有１个密封固紧在防喷器体上的密封槽
内，其余的密封固紧在中间法兰的密封槽内。经过
性能验证后，不仅能应用于新防喷器，还能在修理旧
防喷器设备时替换原来的密封，使侧门不漏。
３．３．５液缸总成
１） 所有工作零件和油路均为密封埋藏式，使
用安全，不易破坏。
２）液压直行打开侧门液缸，使得更换闸板迅
速、容易，节省和降低人力开关侧门的时间和强度。
３） 活塞与活塞杆为整体式，省去了活塞与活
塞杆之间的密封，具有自动扶正效果，延长了密封使
用寿命。
４）缸盖设计了１个开关阀，打开开关阀时，侧
门打开，闸板自动关闭；关闭开关阀时，侧门打开，闸
板保持原态。
５） 侧门、液缸和油管筒设计有方便拆卸的撬
装槽，操作上更趋于人性化。
６） 由于该防喷器关闭闸板后具有井内压力助
封功能，因此活塞液缸在液压力作用下关闭闸板后，
当用手动操作杆将锁紧轴锁紧活塞杆使闸板不能打
开时，即可卸掉关闭液缸的压力，实现地面控制系统
泄压，而闸板仍然能够实现良好的密封。
３．３．６剪切闸板（如图２）
１） 由于增压液缸的尾杆和主液缸工作活塞的行
程相同，剪切锁住机构安装在增压液缸外端，因此装有
增压液缸的防喷器可增大剪切力而不增加对盘根的磨
损和撕裂。增压液缸对管柱的剪切力可增大１倍。
２）在正常钻井操作时，可将剪切闸板作为防
喷器全封闭闸芯使用。
３） 剪切闸板可切断直径较大的管柱或多层管
柱而不损坏刀刃，且不受管柱和闸板中心线所处位
置的影响；在被剪切管柱的上、下表面之间有１个刀
片起密封作用；剪切之后不需要移动管柱。
４） 刀片密封面的正向面积较大，可减小胶芯
承受的压力，延长使用寿命。
５） 闸板体与刀刃结合为一体，为高硬质合金
材料，适用于硫化氢环境。
１一顶部密封胶芯；２上闸板体；３上剪切闸板侧盘根；
４下闸板体；５一下剪切闸板侧盘根；６一上剪切闸板侧盘根；
７一上剪切闸板刀片密封
图２ Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５型双闸板
防喷器剪切闸板结构
４ 结语
按照ＡＰＩ Ｓｐｅｃ １６Ａ推荐标准，对Ｃａｍｅｒｏｎ式
２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器进行了整体强度、液控油
路和液缸强度、剪切Ｏ１２７ ｍｍ（５英寸）钻杆、剪切闸
板密封、变径闸板封隔０８８．９ ｍｍ（３ 英寸）和ｏ１２７
ｍｍ（５英寸）管柱及通径试验，符合标准要求，主要
承压件无裂纹，密封件无撕裂，剪切闸板的上、下刃
口无崩口、卷边和裂纹等损伤。
参考文献：
１－１］ＡＰＩ Ｓｐｅｃ ６Ａ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｗｅｌｌｈｅａｄ ａｎｄ Ｃｈｒｉｓｔｍａｓ
Ｔｒｅｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［－Ｓ］．１９版，２００４．
［２］ＡＰＩ Ｓｐｅｃ １６Ａ．钻通设备规范［Ｓ］．３版，２００４．
［３］ 肖力彤，宋振华，郑泳，等．Ｃａｍｅｒｏｎ结构的防喷器壳
体有限元分析ｌ－Ｊ］．石油矿场机械，２０１０，３９（２）：３８—４０．
１－４］ 肖力彤，宋振华，杨登树．特大型钻井单闸板防喷器的
研制［Ｊ］．石油机械，２００６，３４（７）：３８ ３９，５２．
［５］ 王锡洲，付玉坤，朱海燕，等．闸板防喷器胶芯密封及损
坏机理分析［Ｊ］．石油矿场机械，２０１０，３９（２）：１６ １８．
2024年7月22日发(作者：暨凌寒)
２０１１年第４ｏ卷
第１Ｏ期第８Ｏ页
石油矿场机械
ＯＩＬ ＦＩＥＬＤ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ２Ｏ１１，４０（１０）：８０～８２
文章编号：１００１ ３４８２（２０１１）１０－００８０—０３
Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５－３５型双闸板防喷器研制
郑 泳 ，肖力彤 ，崔 凯 ，唐秋林 ，刘 义 ，杨卫星。
（１．宝鸡石油机械有限责任公司成都装备制造分公司，成都６１００５１；２．中石油技术开发公司，北京１０００２８；
３．吐哈油田公司机械厂，新疆哈密８３９００９）
摘要：为满足中海油用户的要求，开发了Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器。该防喷器采用
ＡＰＩ Ｓｐｅｃ ６Ａ法兰与其他井口设备连接，用液压控制关闭和打开闸板总成，闸板关闭后采用手动锁
紧闸板轴；整体强度、液控油路和液缸强度及剪切０１２７ ｍｍ（５英寸）钻杆和剪切闸板密封试验、变
径闸板试验（封隔０８８．９ ｍｍ（３ 英寸）和ｏ１２７ ｒａｍ（５英寸）管柱）和通径试验满足ＡＰＩ Ｓｐｅｃ １６Ａ
推荐标准。现场使用表明，具有安全可靠、开关迅速灵活、结构轻便、操作方便等特点。
关键词：双闸板防喷器；结构；安全
中图分类号：ＴＥ９３１．１ 文献标识码：Ｂ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃａｍｅｒｏｎ Ｓｔｙｌｅ ２ＦＺ３５—３５ Ｄｏｕｂｌｅ－ｒａｍ ＢＯＰ
ＺＨＥＮＧ Ｙｏｎｇ ，ＸＩＡＯ Ｌｉ—ｔｏｎｇ ，ＣＵＩ Ｋａｉ ，ＴＡＮＧ Ｑｉｕ—ｌｉｎ ，ＬＩＵ Ｙｉ ，ＹＡＮＧ Ｗｅｉ—ｘｉｎｇ。
（１．Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕ ｃｔｕｒｉｎｇ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｎ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，
Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２８，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｐｌａｎｔ，Ｔｕｈａ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈａｍｉ ８３９００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＮＯＯＣ，ｔｏ ｍｅｅｔ ｕｓｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｏｉｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎ Ｃａｍ—
ｅｒｏｎ ｓｔｙｌｅ ２ＦＺ３ ５—３ ５ ｄｏｕｂｌｅ—ｒａｍ ｂｌｏｗｏｕｔ ｐｒｅｖｅｎｔｅｒ ｉｎ ＣＮＰＣ．Ｔｈｅ ｂｌｏｗｏｕｔ ｐｒｅｖｅｎｔｅｒ ｗｉｔｈ ＡＰＩ
Ｓｐｅｃ ６Ａ ｗｅｌｌｈｅａｄ ｆｌａｎｇｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｂｏｔｈ ｃｌｏｓｅｄ ａｎｄ ｏｐｅｎ ｒａｍ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａＳ—
ｓｅｍｂｌｙ，ｒａｍ ｃｌｏｓｅｄ ｍａｎｕａｌｌｙ ｌｏｃｋｉｎｇ ｒａｍ ａｘｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ＡＰＩ Ｓｐｅｃ １６Ａ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ
ｓｔａｎｄａｒｄ，ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｏｉｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｏａｄ ａｎｄ ｔａｎｋ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｈｅａｒ ５ ｄｒｉｌｌ ｐｉｐｅ
ｔｅｓｔ，ｓｈｅａｒ ｒａｍ ｓｅａｌ ｔｅｓｔ，ｖａｒｉａｂｌｅ ｂｏｒｅ ｒａｍ ｔｅｓｔ（ｃｌｏｓｅｄ ３ ａｎｄ ５”ｄｒｉｌｌ ｐｉｐｅ）ａｎｄ ｐａｔｈ ｔｅｓｔｓ ａｒｅ
ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈａｔ ｓｉｔｅ，ｉｔ ｈａｓ ａ ｓａｆｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｒａｐｉｄ ａｎｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｅａｓｙ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ—ｒａｍ ＢＯＰ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓａｆｅｔｙ
随着深井、超深井、高压油气井的增加及平衡钻
井工艺的广泛采用，特别是在欠平衡钻井中，井控设
备已成为及时发现和控制溢流、防止井喷、避免油气
便、操作方便等特点。
闸板防喷器按侧门开关方式的不同，可分为旋
转侧门式和直线运动侧门式２种形式，Ｃａｍｅｒｏｎ式
２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器的结构形式属于后者。
当侧门开、关时，侧门沿着位于固定在壳体上的２个
侧门开、关活塞杆做直线运动。
资源浪费、保护设备和人身安全的关键设备。近年
来，钻井工艺对井控设备的研制和使用要求越来越
高，即具有安全可靠、开关迅速灵活、多功能、结构轻
收稿日期：２０１ｌ＿Ｏ４一Ｏ７
作者简介：郑 泳（１９８３一），男，湖北天门人，工程师，２００５年毕业于长江大学机械设计制造及其自动化专业，目前从事石油
钻采设备的科研工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｙ２００１１５２５＠１２６．ｃｏｍ。
第４Ｏ卷第１Ｏ期 郑泳，等：Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器研制
１结构及工作原理
Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器主要由
关闭
泄压。
是羹吾善
用手动锁紧闸板轴来实现防喷器地面控制系统
壳体、闸板总成、液缸总成３大部分组成，结构如
图
１～剪切闸板总成；２一剪切双液缸总成；３～普通液缸总成；
４一变径闸板总成；５～壳体
图１ Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５双闸板防喷器结构
该防喷器利用液压打开和关闭闸板，并且能够
快速更换闸板。当依靠闸板关闭压力来关闭闸板
时，卸掉侧门螺栓，关闭压力将侧门打开，闸板移动
到完全伸展的位置后，闸板与防喷器壳体脱开，每个
闸板顶部都安装了１个带孔螺栓，以便将闸板从防
喷器中提出。反之，当依靠闸板打开压力来打开闸
板时，打开压力将侧门关闭，闸板被向外拉，并在侧
门开始向防喷器壳体移动之前靠近侧门，以保证不
挡住井孔，也不会与井中的管柱碰撞。液压力将侧
门靠紧防喷器壳体后重新安装侧门螺栓，保持侧门
关闭。
２主要技术参数口
公称工作直径０３４６．１ ｍｍ（１３％英寸）
额定工作压力 ３４．５ ＭＰａ（５ ０００ ｐｓｉ）
强度试验压力 ５１．７５ ＭＰａ（７ ５００ ｐｓｉ）
液缸工作压力 ≤１Ｏ．５ ＭＰａ（１ ５２０ ｐｓｉ）
可配装闸板总成
全封闭闸板总成
剪切闸板总成
０７３￣ｏｌ２７ ｍｍ（２ ～５英寸）变径闸板总成
主通径法兰连接型式（ＡＰＩ Ｓｐｅｃ ６Ａ）
６ＢＸ０３４６．１ ｍｍ，３４．５ ＭＰａ
密封垫环型号
ＡＰＩ Ｓｐｅｃ ６Ａ ＢＸ１６０
适用工作介质 原油、钻井液、天然气
液压系统
正常工作压力
１Ｏ．３４ ＭＰａ（１ ５００ ｐｓｉ）
剪切钻杆最大压力
１９．３ ＭＰａ（２ ８００ ｐｓｉ）
工作闸板最大压力
２０．７ ＭＰａ（３ ０００ ｐｓｉ）［ ］
３关键零件优化设计
３．１有限元设计验证
壳体和侧门是该防喷器的重要零件。当防喷器
承受工作压力时，壳体和侧门直接承受压力。按照
实际工作状况，采用Ａｎｓｙｓ １２．０分析软件对壳体和
侧门进行有限元受力分析，对其进行约束和加载，分
析其变形和应力最大点，验证设计的合理性和安
全性 。
３．２技术难点及解决措施＿４
１） 由于该防喷器工作压力很大，以致其壳体
闸板腔受力面积很大，设计要求壳体具有足够的强
度，但又受到安装空间的限制，因此选用了双法兰连
接的结构形式，既能满足强度要求又使连接更加
方便。
２） 为保证壳体和侧门具有足够的强度，采用
Ａｎｓｙｓ １２．０分析软件进行有限元分析，对局部形状
进行优化设计，使其结构更合理。
３）为使壳体和侧门具有可靠的质量，对锻造
设备和工艺、检测手段、机加工工艺、热加工方法和
性能试验条件均严格要求，确保其质量可靠。
３．３结构比较及创新技术
３．３．１ Ｕ形闸板
１） Ｕ形闸板体后部为马鞍形门槽，垂直挂在
活塞槽上，不能横向移动（有少量间隙）。为了避免
打开侧门时遇卡，Ｃａｍｅｒｏｎ式Ｕ形闸板采用液压直
行打开；ＳｈａＫｅｒ式闸板防喷器为铰链连接的旋转
式侧门，当侧门下垂时，极易造成闸板与闸板腔
干涉。
２） 为无螺钉连接，拆换胶芯很方便。装配时，
将前部胶芯后面带有垂直销孔的２根硫化销插入闸
板体对应的水平孔，再将上部胶芯下面的２根硫化
销插入闸板体垂直销孔中，以确保盘根被锁定而不
会被井内液流移位；Ｓｈａｆｆｅｒ式闸板防喷器闸板由于
连接螺钉垂直放置，因此受很大剪力，经常发生剪弯
或剪断现象。
３） 用２根导向杆支承闸板。在侧门关闭时对
准闸板腔室，不会损坏闸板、活塞杆和密封件；在闸
板离开闸板腔室后不会翻转跌落。
４）优化设计Ｕ形闸板胶芯结构。有限元分
石油矿场机械 ２０１１年１０月
析显示，在胶芯圆弧面的局部接触应力极值大于唇
部平面处，圆弧面与平面的尖角部分出现应力集中，
且随着井内压力的不断增大，圆弧面上的接触压力
区域逐渐减小，应力集中现象越来越明显，最终导致
密封失效 ］。
３．３．２壳体
Ｓｈａｆｆｅｒ式闸板防喷器壳体闸板腔室为矩形，
Ｃａｍｅｒｏｎ式的壳体闸板腔室由矩形改为椭圆形，使
其应力峰值降低１５ ～２０ ，因而使得壳体安全系
数更高，整体高度尺寸更小。
３．３．３侧门螺栓
壳体闸板腔室由矩形改为椭圆形后，冲击面和
侧门螺栓承受的拉力变小，从而杜绝了螺栓的早期
断裂，进一步解决了高压侧门密封泄漏问题。
３．３．４侧门径向密封
采用侧门径向密封取代了侧门盘根端面强制密
封结构，使其密封能力不取决于侧门螺栓扭矩。该
密封结构有１个密封固紧在防喷器体上的密封槽
内，其余的密封固紧在中间法兰的密封槽内。经过
性能验证后，不仅能应用于新防喷器，还能在修理旧
防喷器设备时替换原来的密封，使侧门不漏。
３．３．５液缸总成
１） 所有工作零件和油路均为密封埋藏式，使
用安全，不易破坏。
２）液压直行打开侧门液缸，使得更换闸板迅
速、容易，节省和降低人力开关侧门的时间和强度。
３） 活塞与活塞杆为整体式，省去了活塞与活
塞杆之间的密封，具有自动扶正效果，延长了密封使
用寿命。
４）缸盖设计了１个开关阀，打开开关阀时，侧
门打开，闸板自动关闭；关闭开关阀时，侧门打开，闸
板保持原态。
５） 侧门、液缸和油管筒设计有方便拆卸的撬
装槽，操作上更趋于人性化。
６） 由于该防喷器关闭闸板后具有井内压力助
封功能，因此活塞液缸在液压力作用下关闭闸板后，
当用手动操作杆将锁紧轴锁紧活塞杆使闸板不能打
开时，即可卸掉关闭液缸的压力，实现地面控制系统
泄压，而闸板仍然能够实现良好的密封。
３．３．６剪切闸板（如图２）
１） 由于增压液缸的尾杆和主液缸工作活塞的行
程相同，剪切锁住机构安装在增压液缸外端，因此装有
增压液缸的防喷器可增大剪切力而不增加对盘根的磨
损和撕裂。增压液缸对管柱的剪切力可增大１倍。
２）在正常钻井操作时，可将剪切闸板作为防
喷器全封闭闸芯使用。
３） 剪切闸板可切断直径较大的管柱或多层管
柱而不损坏刀刃，且不受管柱和闸板中心线所处位
置的影响；在被剪切管柱的上、下表面之间有１个刀
片起密封作用；剪切之后不需要移动管柱。
４） 刀片密封面的正向面积较大，可减小胶芯
承受的压力，延长使用寿命。
５） 闸板体与刀刃结合为一体，为高硬质合金
材料，适用于硫化氢环境。
１一顶部密封胶芯；２上闸板体；３上剪切闸板侧盘根；
４下闸板体；５一下剪切闸板侧盘根；６一上剪切闸板侧盘根；
７一上剪切闸板刀片密封
图２ Ｃａｍｅｒｏｎ式２ＦＺ３５—３５型双闸板
防喷器剪切闸板结构
４ 结语
按照ＡＰＩ Ｓｐｅｃ １６Ａ推荐标准，对Ｃａｍｅｒｏｎ式
２ＦＺ３５—３５型双闸板防喷器进行了整体强度、液控油
路和液缸强度、剪切Ｏ１２７ ｍｍ（５英寸）钻杆、剪切闸
板密封、变径闸板封隔０８８．９ ｍｍ（３ 英寸）和ｏ１２７
ｍｍ（５英寸）管柱及通径试验，符合标准要求，主要
承压件无裂纹，密封件无撕裂，剪切闸板的上、下刃
口无崩口、卷边和裂纹等损伤。
参考文献：
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［５］ 王锡洲，付玉坤，朱海燕，等．闸板防喷器胶芯密封及损
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