1.1 引言

石油的开采已经具有一百多年的历史了。在不断的探索中各种可靠高效的设备被研发出来。特别是近些年来，海洋资源的开发如火如荼地进行，高效开采海洋中丰富而宝贵的石油资源对于人类社会是十分重要且迫切的。而由于水下工作环境的特殊性（高压低温，以及水流等特性），陆上设备并不能完全适应水下工作环境。在石油设备中，防喷器（BOP）是十分重要的设备，它的作用是在试油、修井、完井等作业过程中关闭井口，以防止井喷事故发生，其具有结构简单，易操作，耐高压等特点，对于保证作业中生命财产安全和环境安全具有重要意义。比如，2003年的重庆开县的石油井喷事故，致死200多人，6000多人中毒，造成附近6万居民的紧急转移；又比如2010年的“深水地平线”钻井平台发生井喷事故并爆炸，造成11人死亡，17人受伤，大量原油被焚烧，大面积海域被污染，成为美国历史上最为严重的生态灾难。石油井喷所带来的危害十分严重，后果和影响是巨大而深远的。随着资源开发的推进，石油的开采范围也迅速地推向更深的水域，钻井深度不断加大。作业水深越深，钻井组的规模也就越大，钻井工具材料性能也随之提高。这对于深水剪切闸板防喷器的剪切性能提出了挑战性的要求，加之在发生井喷需要闭井时，防喷器各个部分所承受的井内压力、液压和海水压力是非常巨大和复杂的。为了能够提高剪切闸板防喷器的剪切能力，水下液压增压器（Intensifier）被应用，其可以大幅提高防喷器的剪切能力，保证防喷器的剪切闸板能够有效剪切钻杆。

1.2 目的及意义

本课题所探究设计的液压增压器的工作原理是通过液压传动，推动防喷器中的闸板，使其在钻井通道中闭合（或者剪切钻杆达到闭合）。作为动力装置的液压增压器是保证剪切闸板防喷器成功剪切钻杆的关键结构。

本课题研究的目的在于，分析水下高压环境下的液压增压器模型，保证其在承受外压，内部液压的巨大压力下，活塞能够以要求的压力推动闸板，使闸板产生足够的剪切力剪切钻杆，实现封井作业。可靠的防喷器液压增压器为剪切闸板防喷器提供足够的剪力来剪短钻杆，保障闭井作业的顺利完成。对于工程作业、环境保护，对现有石油资源的开发以及对新兴的海洋石油资源的开发都具有十分重要的意义。

1.3 国内外研究现状

随着触目惊心的石油事故的频频发生，各国越来越重视石油开采的安全问题。作为石油开采安全设备的关键所在，而随着海洋资源开采规模的扩大，适合更苛刻工作环境和要求的防喷器已经成为一些国家的主要研究目标。伴随着钻井深度的加深，钻井工具的材料强度也越来越高。水下防喷器主要采用剪切闸板防喷器，其剪切能力是最关键的性能指标。虽然我国的水下剪切闸板防喷器的研究成果已经初具成果，但也只能够剪切普通规格的钻杆，对于更大更强的特殊深水钻具，仍然不能满足可靠剪切需求，这也使得我国止步于深海石油资源的开发。我国目前大剪力深水剪切防喷器的研制仍然是一片空白。不管是国内还是国外，近些年来都积极地开展大剪力深水剪切防喷器的研发。我国日益增加的石油需求和不断扩大的海洋石油开发规模也都迫切要求着具有自主知识产权的大剪力深水剪切闸板防喷器及其液压增压装置早日出现。

而在设计规范方面，增压器的设计属于高压容器的结构设计，主要依照的是美国ASME发布的《锅炉及压力容器规范VIII-2卷：压力容器建造另一规则》^[1]，并且，将涉及材料相关的一些如美国API 16A^[7]、挪威的NORSOK STANDARD^[9]之类的规范。主要的考虑液压增压器的（1）结构尺寸（2）强度规范（3）输出压力三个方面，这也将是未来所进行的工作内容。