随着世界油气开发向深海海域迈进,防喷器组已成为深井、超深井钻井中及时发现和控制溢流、避免井喷和保护设备的最关键井控设备,作为保证钻井过程安全的最后屏障,其通过配置剪切闸板防喷器在紧急情况下剪断钻杆,以实现井口密封。然而,深水钻井具有水深大、井控环境恶劣、多使用高强度钻杆等特点,闸板剪切能力提出诸多考验,一旦剪切失败可能会造成井喷失控、火灾爆炸、平台沉没等灾难性事故。鉴于此,本文结合2017年国家重点研发计划“海洋(深水)油气开采重大安全事故联锁风险演化、灾变机理及应对机制”课题部分研究内容,开展了深水钻井作业条件下闸板防喷器剪切能力评估。本文以深水地平线事故中全封闸板防喷器为研究对象,进行了闸板防喷器剪切原理和钻杆弹塑性力学分析,并且完成了井喷状态下深水剪切闸板防喷器剪切过程闸板受力分析和钻杆状态对闸板剪切力的影响分析。采用FLUENT软件,基于动网格技术,建立了深水闸板防喷器剪切过程闸板动态受压分析有限元模型,探究了闸板剪切过程中不同流体速度和闸板剪切速度对闸板受流体水平阻力的影响规律。依据钻杆状态对闸板剪切力的影响分析结果,应用ABAQUS软件建立了闸板剪切钻杆过程有限元分析模型,探究了闸板剪切不同偏移程度的钻杆、承受不同轴向拉力载荷和压缩载荷的钻杆以及承受不同内外表面压差载荷的钻杆时闸板剪切力的变化规律,分析了不同钻杆状态对钻杆有效剪切力的影响。结合深水水下防喷器组配置及其井控程序,判断深水钻井过程中剪切闸板的剪切阻力构成,并通过对API Spec16A 5th和Cameron EB 702 D Rev C2(2013)关于闸板防喷器剪切能力的计算方法在深水闸板防喷器领域应用的不足进行深入分析探讨,开发出一种适用于深水钻井作业的深水闸板防喷器剪切能力计算方法。在新方法中,加入了钻杆轴向压缩载荷影响系数、钻杆内外表面高压差载荷系数和井筒内运动流体对闸板的阻力,并以深水地平线事故中剪切闸板防喷器剪切钻杆过程为例,进行案例分析,证明新提出的剪切力计算方法能够弥补原始计算方法对剪切力预测的不足。