随着社会的发展,人类对石油、天然气等能源的需求量越来越大。石油开采量增加的同时,井喷失控事故也在不断增加,井喷失控事故是钻井过程中性质严重、损失巨大的灾难性事故。我国在陆地石油钻采设备方面的研发技术已比较成熟,但对于陆地钻井过程中的井喷抢险作业设备的研究,还没有形成完整的技术体系;同时,我国在海洋石油装备研究方面起步比较晚,技术还相对落后,在海上井喷抢险装置方面的研究更是处于空白阶段,因此开展钻井过程中井喷抢险装备的研究势在必行。本文针对陆地和海洋平台水上井口(即干式井,下同。)钻井过程中发生的井喷事故,设计了井喷抢险装置。本文在井喷抢险装置的总体方案设计、结构设计、有限元分析、液压系统设计和电控系统设计等方面展开了深入研究,主要完成了以下几个方面的工作:首先,对国内外陆地、海洋平台的井喷抢险装置进行了深入调查研究,通过对比论证,制定了陆地井口、海洋平台水上井口井喷时的封井方案,针对不同的井喷状况设计了三套应对装置,分别为旋塞自动抢装装置、无钻杆接箍应急封井装置和井口井喷抢险装置。根据各装置的功能特点进行了详细的结构设计,运用SolidWorks软件建立了各装置的三维数字化模型。其次,分别计算了三套装置与井口对中过程中所受的冲击力以及关井瞬间井口装置所受的水击压力;运用ABAQUS有限元分析软件对各装置中的关键零部件建立了有限元模型,对其进行了详细的强度、刚度分析,得出关键零部件的应力、应变分布规律,结果表明零部件强度和刚度满足工作要求。最后,设计了三套装置的液压系统及电控系统。主要内容包括:计算了液压元器件的参数、选择了液压元器件的型号、绘制了液压回路原理图、选择了PLC的型号、利用STEP7编写了PLC的控制程序,利用Wincc设计了三套装置的控制面板。