本發(fā)明涉及石油裝備檢測評價，更具體地說涉及一種用于鉆桿竄動的閘板防噴器剪切評價方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著深井超深井油氣井的開采，作業(yè)工況及其惡劣，配備高質(zhì)量井控裝置是至關(guān)重要。閘板防噴器作為井控最后一道安全屏障，若發(fā)生井噴井涌等的緊急情況，須具備剪斷鉆桿和密封井口、以及抑制井噴的能力，否則容易引發(fā)嚴重的井噴事故。根據(jù)api?16a標準，驗證閘板防噴器剪切能力的試驗都為偏心剪切、密封剪切等基礎(chǔ)工況下的靜態(tài)剪切。然而在鉆井現(xiàn)場，常常是在非常緊急且復(fù)雜的工況下實施剪切，閘板防噴器的剪切能力受到嚴峻的考驗。其中，鉆桿隨著井噴向上竄動的情況更為險峻，對閘板防噴器閘板的剪切性能、密封性能有極大的考驗。因此，開展鉆桿竄動的閘板防噴器剪切能力評估與提升，對降低井噴事故風(fēng)險具有重要的工程意義。

2、目前，剪切閘板試驗是針對閘板防噴器性能常用的檢驗評價方法，進行剪切密封試驗、剪切直徑設(shè)計范圍試驗、偏心剪切試驗、側(cè)向力剪切試驗，對閘板防噴器閘板的剪切能力、密封能力進行驗證，一般根據(jù)api?16a和gb/t20174-2019《石油天然氣鉆采設(shè)備鉆通設(shè)備》進行閘板防噴器剪切試驗，其規(guī)定了剪切密封試驗的壓力和時間；剪切直徑設(shè)計范圍試驗所需要的鉆桿直徑、壓力和時間；偏心剪切試驗的鉆桿位置、壓力和時間；側(cè)向力剪切試驗的鉆桿載荷、壓力和時間等步驟和要求。

3、現(xiàn)有技術(shù)標準主要模擬密封、偏心等靜態(tài)工況下的剪切試驗，試驗步驟簡單，與現(xiàn)場復(fù)雜工況相比較為單一，無法驗證閘板防噴器在面對多工況情況下是否能承受力學(xué)性能、沖擊性能等，對閘板防噴器剪切能力的驗證具有一定的局限性，不具備模擬鉆井現(xiàn)場復(fù)雜工況的驗證評價能力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明公開了一種用于鉆桿竄動的閘板防噴器剪切評價方法及裝置。本發(fā)明提出了在鉆桿竄動過程中，閘板防噴器對鉆桿實施剪切，動態(tài)評價閘板的剪切能力，從而保證閘板防噴器在實際竄動工況下，快速剪斷鉆桿，實現(xiàn)迅速關(guān)井。

2、為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種用于鉆桿竄動的閘板防噴器剪切評價方法，包括以下步驟：

4、本發(fā)明中，將閘板剪切鉆桿運動分為三個階段。第一階段：閘板與鉆桿接觸前；第二階段：閘板與鉆桿剛接觸到鉆桿被閘板夾緊停止上竄；第三階段：鉆桿停止上竄后閘板剪切運動。設(shè)閘板的實時剪切力為f，鉆桿直徑為d，在鉆桿剪切過程中，閘板運動時間為t時，閘板防噴器控制裝置的液控油壓壓力為pt。

5、一、閘板與鉆桿接觸前

6、s1、開啟閘板防噴器剪切閘板，剪切閘板開始運動，閘板平均移動速度為vc1，運行時間δt后，再啟動竄動剪切試驗裝置，鉆桿平均移動速度為vd1，經(jīng)t1時間后，剪切閘板的刃口與鉆桿的外壁接觸，此時鉆桿上竄的距離為h1，水平方向剪切閘板運動的距離為s1；

7、優(yōu)選的，所述s1步驟閘板與鉆桿接觸前，閘板防噴器控制裝置的液控油壓壓力為pt不隨時間變化而變化，根據(jù)pt的時間變化曲線可得到時間δt+t1；

8、h1＝vd1×t1；

9、s1＝vc1×(δt+t1)。

10、二、閘板與鉆桿剛接觸到鉆桿被閘板夾緊停止上竄

11、s2、剪切閘板的刃口剛與鉆桿的外壁接觸后剪切閘板繼續(xù)運動，剪切閘板的平均移動速度為vc2，經(jīng)t2時間后，鉆桿停止竄動，鉆桿在此過程中的平均移動速度為vd2，此過程鉆桿上竄的距離為h2，水平方向剪切閘板運動的距離為s2；

12、優(yōu)選的，所述s2步驟閘板與鉆桿剛接觸到鉆桿被閘板夾緊停止上竄過程中，閘板防噴器控制裝置的液控油壓壓力為pt隨時間變化而迅速增大；

13、h2＝vd2×t2；

14、s2＝vc2×t2。

15、優(yōu)選的，所述s1步驟和s2步驟中，鉆桿在剪切過程中上竄的總距離為h；

16、h＝h1+h2；

17、竄動剪切試驗裝置下滑塊與中間橫梁的高度為h，h和h滿足以下關(guān)系：

18、h＜h。

19、三、鉆桿停止上竄后閘板剪切運動

20、s3、鉆桿停止竄動，剪切閘板繼續(xù)剪切運動至指定位置，剪切閘板在此過程中的平均移動速度為vc3，運動時間為t3，水平方向剪切閘板運動的距離為s3，在此過程中閘板防噴器控制裝置的液控油壓壓力為pt；

21、優(yōu)選的，所述s3步驟鉆桿停止上竄后閘板剪切運動過程中，閘板防噴器控制裝置的液控油壓壓力為pt隨時間變化而迅速增大；

22、s3＝vc3×t3；

23、其中，鉆桿直徑d為：

24、d＝s2+s3。

25、四、鉆桿剪斷判斷

26、s4、利用水平方向剪切閘板運動的距離s1、s2和s3，得到閘板移動距離，并根據(jù)閘板移動距離與閘板最大行程的對比，以及閘板防噴器控制裝置的液控油壓壓力，判斷鉆桿竄動時是否可以被剪斷。

27、上述步驟中，閘板移動距離為s1、s2和s3之和。

28、優(yōu)選的，所述s4步驟中，判斷鉆桿竄動時是否可以被剪斷包括：根據(jù)閘板兩側(cè)移動的距離達到指定的位置時所需要的油壓大小，輔助判斷鉆桿竄動時是否可以被剪斷；

29、在鉆桿直徑為d時，當鉆桿上竄初速度為vd1時，能順利剪斷鉆桿的剪切力為fd，fd＝pt×a0；其中，pt為閘板防噴器控制裝置的液控油壓壓力，a0為閘板防噴器液缸接觸面的有效面積。

30、優(yōu)選的，所述s4步驟中，判斷鉆桿竄動時是否可以被剪斷包括：閘板左、右兩側(cè)移動距離為x1，x2，單側(cè)閘板最大行程為x0，通過對比閘板移動距離與閘板最大行程，判斷竄動鉆桿是否被順利剪斷。

31、優(yōu)選的，所述s4步驟中，判斷鉆桿竄動時是否可以被剪斷包括：當x1≥x0，x2≥x0，且f≥ε×fd時，f為閘板實時剪切力，ε為剪切力修正系數(shù)，鉆桿能被順利剪斷；否則，鉆桿不能被順利剪斷。

32、第二方面，本發(fā)明提供了一種用于鉆桿竄動的閘板防噴器剪切評價的竄動剪切試驗裝置，包括底座、機架、中間橫梁、移動工作臺、上滑塊、下滑塊、上油缸和下油缸；

33、所述機架安裝在所述底座上，所述中間橫梁安裝在所述機架中部，所述移動工作臺安裝在所述中間橫梁上，移動工作臺上安裝有閘板防噴器，閘板防噴器內(nèi)安裝有鉆桿；

34、所述上滑塊、下滑塊均滑動裝配在所述機架上并分別位于所述移動工作臺的上方和下方，所述上油缸、下油缸帶動所述上滑塊、下滑塊在機架豎直方向上滑動，驅(qū)動閘板防噴器內(nèi)的鉆桿竄動進行閘板防噴器竄動剪切試驗。

35、優(yōu)選的，所述下油缸穿過所述中間橫梁，其活塞桿包括上部分的下活塞桿大頭和下部分的下活塞桿小頭，所述下活塞桿大頭和下活塞桿小頭分別與所述上滑塊、下滑塊連接。

36、優(yōu)選的，所述下活塞桿小頭通過插銷安裝在下滑塊的連接頭上。

37、優(yōu)選的，所述中間橫梁設(shè)有貫通的用于安裝鉆桿的中心孔，所述中心孔尺寸與閘板防噴器主通徑孔尺寸一致；所述移動工作臺配有移動導(dǎo)軌，所述閘板防噴器通過螺栓安裝在所述移動工作臺上。

38、本發(fā)明中，中間橫梁采用中心孔貫通，以便于鉆桿的上下移動，中心孔的尺寸與閘板防噴器主通徑孔尺寸一致。移動工作臺安裝在中間橫梁上，并配有移動導(dǎo)軌，便于移動工作臺移出，安裝閘板防噴器以及吊裝鉆桿，閘板防噴器通過螺栓連接固定到移動工作臺上。

39、優(yōu)選的，所述下滑塊垂直方向上配有第一滑軌，其頂端與所述下活塞桿小頭連接，所述鉆桿底端安裝在所述下滑塊上；所述下油缸按照設(shè)定速度推動下油缸的活塞桿時，下活塞桿小頭帶動下滑塊沿著第一滑軌向上移動，推動鉆桿上竄。

40、本發(fā)明中，下滑塊垂直方向上配有四個滑軌，兩側(cè)中間通過鉸鏈方式與下活塞桿小頭連接，鉆桿通過螺栓連接在下滑塊上，當下油缸按照設(shè)定速度推動下油缸的活塞桿時，下活塞桿小頭帶動下滑塊沿著滑軌向上移動，從而推動鉆桿上竄。

41、優(yōu)選的，所述上滑塊垂直方向上配有第二滑軌，其底端與所述下活塞桿大頭連接，所述上油缸設(shè)置有若干，上油缸的上活塞桿與上滑塊頂端連接；

42、鉆桿與上滑塊連接時，所述上油缸驅(qū)動上滑塊下移動至鉆桿連接處，并利用鋼絲繩將鉆桿柔性連接到上滑塊上；

43、鉆桿上竄過程中，上油缸關(guān)閉，下油缸驅(qū)動下滑塊與上滑塊同步向上移動，帶動鉆桿竄動。

44、本發(fā)明中，上滑塊垂直方向上配有四個滑軌，兩側(cè)通過鉸鏈方式與下活塞桿大頭連接，并在上滑塊上端與上油缸的兩個上活塞桿連接。鉆桿與上滑塊連接時，由上油缸提供動力，使得上滑塊下移動至鉆桿連接處，采用鋼絲繩將鉆桿柔性連接到上滑塊上，避免鉆桿被剪斷后掉落。在鉆桿上竄過程中，上油缸關(guān)閉，下油缸提供動力，推動下滑塊與上滑塊同步向上移動，帶動鉆桿竄動。

45、優(yōu)選的，所述鉆桿的頂端通過連接銷安裝有上端連接件，所述上端連接件頂端設(shè)置有吊耳，所述吊耳上設(shè)置有所述鋼絲繩。

46、第三方面，基于上述竄動剪切試驗裝置，本發(fā)明還提供了一種用于鉆桿竄動的閘板防噴器剪切評價的竄動剪切試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

47、第1步、鉆桿的吊裝：將移動工作臺移出，將閘板防噴器安裝在移動工作臺上，之后將鉆桿上端連接好的鉆桿調(diào)入閘板防噴器，并利用鉆桿上的上端連接件，將鉆桿懸掛在閘板防噴器上端面；

48、第2步、鉆桿與下滑塊的連接：鉆桿吊裝后，將移動工作臺移動至機架中心位置，上油缸驅(qū)動上滑塊向下移動至合適位置，通過插銷將下滑塊的連接頭與下活塞桿小頭連接；之后下油缸驅(qū)動下滑塊上行，使得鉆桿插入下滑塊鉆桿連接套中；

49、第3步、鉆桿頂端與上滑塊的連接：鉆桿與下滑塊連接后，使用鋼絲繩將鉆桿上端的吊耳與上滑塊的下端連接件相連接；

50、第4步、鉆桿竄動剪切過程：先關(guān)閉閘板防噴器的剪切閘板，之后啟動竄動剪切試驗按鈕，試驗裝置啟動后，下滑塊帶動鉆桿向上竄動，同時上滑塊也向上移動，在鉆桿竄動過程中實施剪切；

51、第5步、竄動剪切后鉆桿拆卸：先取剪斷后的上半部分鉆桿，向下移動下滑塊，使得剪斷后的下半部分鉆桿在移動工作臺的下方，將剪斷后的上半部分鉆桿懸掛在閘板防噴器上，移出移動工作臺，吊出剪斷后的上半部分鉆桿；

52、在取出剪斷后的上半部分鉆桿后，移入移動工作臺，下滑塊上移，使得剪斷后的下半部分鉆桿露出移動工作臺上表面，安裝鉆桿夾具，使得剪斷后的下半部分鉆桿坐落在移動工作臺上，移出移動工作臺，通過鉆桿夾具上的吊耳吊出剪斷后的下半部分鉆桿。

53、本發(fā)明的有益效果：

54、本發(fā)明可模擬現(xiàn)場鉆桿竄動工況下，閘板防噴器對鉆桿實施剪切，實現(xiàn)閘板防噴器動態(tài)剪切能力評估，為驗證和提升剪切閘板的剪切能力提供支撐。該裝置的鉆桿竄動速度可調(diào)，具備無極調(diào)速功能，剪切實施過程中，試驗裝置將持續(xù)保持竄動力，能夠更好地模擬現(xiàn)場鉆桿竄動的實際情況。其中鉆桿竄動的閘板剪切評價方法，可有效的評價出閘板剪切鉆桿的狀態(tài)，動態(tài)分析閘板剪切過程的參數(shù)變化，可有針對性的評價剪切閘板的產(chǎn)品質(zhì)量，為剪切閘板的設(shè)計驗證提供數(shù)據(jù)支撐。本發(fā)明為竄動中的鉆桿實現(xiàn)閘板剪切評價，突破國內(nèi)外僅能夠?qū)崿F(xiàn)鉆桿靜態(tài)剪切的難題，為起草國內(nèi)外鉆桿竄動剪切評價標準提供試驗依據(jù)。