环形防喷器

环形防喷器

0 简介

环形防喷器（英文：Annular Blowout Preventer）通常是装有闸板式防喷器的大型闸门，运作时会在管柱和井筒之间形成一个密封的环形空间，在井内装有管柱的情况下，也能单独完成封井，但是使用几次就不行了，并且不允许长期关井使用。防喷器的主要作用就是进行封井，当井为空井时，可封整个井口（也叫封零）；当井不为空井时,可封环形空间（也叫封环空），其是利用一种尺寸的胶芯，封各种不同尺寸的环形空间。另外，环形防喷器的重要作用还有在封井的情况下向井里下入钻具（也叫强行起下钻），但要求必须要有减压调压阀或缓冲储能器的配合，并且使用的钻具必须有18°坡度的对焊钻杆接头。

1 研究现状

1.1防喷器研究现状和问题

经过几十年的发展，防喷器的体积和质量不断减小，材料性能不断提高，结构功能不断完善，逐渐适应新的井控要求。但其作为钻井作业中的一个重要设备，为避免出现事故，对它的研究和试验需要非常小心谨慎，而这也正制约了防喷器的发展，目前防喷器设计仍然遵循原始的闸板防喷器的基本原理。我国在防喷器设计上虽然取得了一系列成果，但同国外相比发展仍较缓慢。

1.2.1国外研究现状

国外的防喷器设计研究经历了三个阶段80多年的发展历史，第一阶段为手动闸板防喷器，第二阶段为液动闸板防喷器和环形防喷器的组合，第三阶段仍为液动防喷器，以高压、大通径、可变通径和不断完善的结构为其主要特征，目前已经具有多种规格的系列化产品。美国在防喷器研究、设计、制造等方面都占据领先地位，其生产的防喷器已能满足从陆上到海洋等各种环境工况的要求。为满足井控设备设计规范化的需要，美国在1986、1999和2004年分别发布了APISpec16A《钻通设备》第一版、第二版和第三版，对防喷器的材料、设计制造、试验检测和质量控制等方面提出了更为详细而严格的要求。

美国生产的防喷器通径从65mm到762mm，压力等级从3.45MPa到172.SMpa，品种规格己超出了APISpec16A规范覆盖的范围。其中，著名厂家有美国的Cameron、Hydril、shaffer(verco)三大公司，能够制造压力3.5(SOOpsi)一IOSMpa(1500Opsi)、通径lsomm 一54omm的陆上及水下用防喷器。Cameron公司的闸板防喷器、Hydril公司的整体水下防喷器、Shaffer公司的环形防喷器，成为国外钻井公司的首选。Cameron公司的闸板防喷器多为锻件，体积小、重量轻、拆装方便省力;Shaffer公司的环形防喷器为球形胶芯，储胶量大、高度低、密封可靠，其生产的水下防喷器，可由机械手自动更换闸板;脚dril公司生产的水下防喷器为整体式，高度低、密封安全可靠。国外对于旋转防喷器的研究越来越成熟，品种类型较多，主要厂家有美国WilliamS公司、Sea一tech公司、Varco公司以及加拿大高山公司等。其中，美国WilliamS公司的7000型和7100型旋转防喷器使用了2个环形胶芯，提高了密封的可靠性，属高压旋转防喷器，用于井口回压较高的欠平衡钻井。Varco公司的Shaffer高压型及Sea一tech公司与加拿大高山公司的旋转防喷器也属于高压旋转防喷器;而WilliamS公司普通型、Varco公司的Shaffer低压型则属于低压旋转防喷器，主要用于井口回压较低的充气钻井和泡沫钻井等。

国外几大厂家在设计、制造、检测等技术上具有强大的优势，其生产的防喷器关键部件在结构、材料等方面也不断更新改善并取得突破进展，设计的剪切闸板能够剪切168.3mm 的S级钻杆;变径闸板的变径范围达到70mm以上;密封材料的工作温度最高达2300C，最

低可达一59OC。

1.2.2国内研究现状

从1964年以来，我国的防喷器生产研究工作不断进步，取得了一系列成果。目前，国内防喷器生产主要集中在宝鸡石油机械厂、华北石油荣盛机械制造有限公司、江苏信得石油机械厂、上海申开等厂家，生产的产品包括闸板防喷器、环形防喷器、分流器、带压作业装置等，已经初步实现了系列化、规模化生产，生产的防喷器通径可从65mm到54Omm，压力级别从3.SMPa到105Mpa，基本满足了国内井控市场的需求。设计制造方面，国内普遍采用CAD技术建造三维模型，对于壳体、闸板、胶芯等关键部件，采用ANSYS、MSC.Nastra等有限元分析软件进行模拟仿真，研究易损部位的破坏机理，取得了一定成果。另外，通过改进制造工艺、引入先进的检测仪器如数字UT仪、声发射仪等，使防喷器质量和生产效率获得了有效提高。国内在防喷器零部件结构改进和新材料的试验等方面也进行了研究，采用双v形剪切刃和先进热处理工艺，提高剪切闸板的剪切性能，采用合金工具钢和多相合金制造刀体，使其具有抗硫化氢性能;对防喷器接触钻井液的重要密封面，采用敷焊或涂镀耐磨合金等新工艺进行表面防护;改进闸板轴密封件结构，消除了井压对弹性挡圈的作用力;研究出适用于胶芯工况的耐水解聚胺脂，克服了普通聚胺脂易水解的缺点，并具有一定的抗硫化氢性能和低温性能。

与国外相比，国内防喷器生产还存在一定差距，表现在：

(l)国内对大口径超高压防喷器的研制起步较晚，目前陆上用闸板防喷器最高压力虽已达到15000Psi，但通径只有135/8。对于21/4、183/4的大通径闸板型防喷器，压力只达到Z000PSi，环形防喷器最高压力为I000OPSi。

(2)设计制造理论和技术相对落后，美国各防喷器生产公司广泛采用CAD技术，运用弹塑性力学和断裂力学理论进行非线性结构分析和优化设计，我国虽也采用CAD技术及有限元手段进行防喷器部分零件的结构分析和优化，但对于理论的研究不足，设计过程很大程度上仍然依靠经验和测绘模仿国外产品；加工工艺方面，国外生产的壳体广泛采用大型水压机锻造或厚钢板卷筒经埋弧自动焊成型，材料重量轻、质量好，主要零件采用刚度好、振动小、精度高的大型数控机床进行加工，承压稳定性好，而国内的主要承压件壳体等精炼钢毛坯铸锻造工艺还不够完善，在一定程度上影响了防喷器的安全稳定性；国内的关键密封件制造也受加工工艺的限制，寿命低，不能满足恶劣环境工况的密封要求。

(3)国内防喷器产品的功能不完善，对水下防喷器研究较少，目前还没有厂家能够制造水下防喷器;材料强度和耐高低温、耐腐蚀性能不足，不能满足海水、沙漠恶劣环境的要求，仍从国外高价进口镍、铬耐腐蚀不锈钢防喷器;陆地用闸板防喷器目前多为手动锁紧结构，机械化程度较低，不利于操作;防喷器配备的闸板以常规的管柱闸板为主，大范围变径闸板、高性能的承重闸板和剪切闸板仍处于试用阶段，性能不稳定，修井、测井用的防喷器的闸板更为单一，仅有普通管柱闸板和电缆闸板，旋转防喷器。

2 主要类型、结构和功能

环形防喷器根据胶芯形状分类主要可以分为以下三种防喷器：锥型胶芯环形防喷器、球型胶芯环形防喷器、组合胶芯环形防喷器。其结构主要由壳体、顶盖、胶芯及活塞四大件组成，当井内有钻具、油管或套管时，环形防喷器能用一种胶芯封闭各种不同尺寸的环形空间，当井内无钻具时，能全封闭井口；在进行钻井、取芯、测井等作业过程中，还能封闭方钻杆、取芯工具、电缆及钢丝等与井筒所形成的环行空间；在使用减压调压阀的情况下，能通过钻杆强行起下钻具。两种类型的环形防喷器具有相似的工作原理：当发现井涌需要封井时，从

控制系统输来的高压油从下油口进入活塞下部关闭腔推动活塞向上运动，球型胶芯沿球面向上运动，锥型胶芯则在顶盖的限制和活塞内锥面的挤压作用下向中心靠拢，紧缩、环抱钻具，

实现密封钻具或全封井口;开井时，活塞下行，胶芯在本身弹力作用下复

位将井口打开。

下面我在这里将具体介绍一下这三种环形防喷器：

2.1锥型胶芯环形防喷器

2.1.1组成

锥型胶芯环形防喷器的主要结构包括：

顶盖、壳体、油口、胶芯、支持筒、活塞。

2.1.2工作原理

关井：液压油-----关闭腔-----活塞上行-----胶芯上行（在顶盖的限

制下），胶芯向心收缩，封住井口。

开井：液压油----开启腔-----活塞下行----胶芯下行，活塞对胶芯挤

压力消除，胶芯在自身弹力的作用下，恢复原状，把井打开。

2.1.3结构特点

整体结构特点：胶芯活塞、井压助封、壳体与顶盖的连结、壳体

的结构、密封等特点。

锥型胶芯的特点：

胶芯形状为锥型、储胶量大、工作后自动恢复原状、更换胶芯容易。

活塞的特点：活塞密封部位间隙较大，扶正效果较好，上下运动使时不易出现偏磨或拉缸的现象，但高度较高。

2.2球型胶芯环形防喷器

2.2.1组成

球形胶芯环形防喷器的主要结构包括：顶盖、胶芯、防尘圈、活塞、壳体。

2.2.2工作原理

关井：液压油进入油缸的关闭腔，推动活塞上行，胶芯也上行，在半球型顶盖的限制作用下，胶芯只能向心收缩，挤出橡胶，封住井口。

开井：液压油进入油缸的开启腔，推动活塞下行，胶芯也下行，活塞对胶芯的挤压力消除，胶芯在自身弹力的作用下，恢复原状，把井打开。

2.2.3结构特点

胶芯的特点：

球形胶芯、摩擦力小，开关所需油量较大、储胶量大、工作后自动恢复原状、漏斗效应、更换胶芯容易。

活塞的特点：

活塞密封部位间隙较小，扶正效果较差，上下运动使时易出现偏磨或拉缸的现象，但高度较低。

2.3各芯型环形防喷器比较

锥型胶芯球型胶芯组合胶芯结构复杂程度简单简单复杂

胶芯封零效果好好

初用时，效果差试几次后，效果好

胶芯寿命寿命短寿命长寿命长

现场更换胶芯的方法井内无钻具时,直接

更换;有钻具时,用切

井内无钻具时,直接

更换;有钻具时,用切

井内无钻具时,直接

更换;有钻具时,无法

割法割法更换

外形特征径向尺寸偏

小高度稍高

径向尺寸偏

大高度稍低

径向与高度

尺寸均偏小

3 发展趋势

（1）加大通径为430mm～680mm大口径和压力超过105Mpa 的超高压防喷器的试制工作力度。利用大型计算机对壳体等承压件进行三维有限元应力分析和非线形设计，用35000t大型水压机锻造成型，或采用炉外精炼法铸造，努力解决承压件毛坯铸锻工艺落后问题，避免材质内部出现缺陷。对于环形壳体可采用厚钢板卷筒后焊接成型，承压件焊接采用埋弧自动焊。对于防喷器的主要零件，采用刚度好、振动小、精度高的大型数控机床进行加工，进一步提高防喷器的承压稳定性能。

（2）用液压锁紧结构防喷器逐步代替手动锁紧防喷器。设计增加专门的锁紧机构，当需要较长时间封井时，通过液压将钻具密封，然后依靠楔块自动锁紧。这种结构形式进一步提高了机械化程度，适用范围将更加广泛。

（3）在生产闸板防喷器的剪切闸板时，可通过优化材料化学成分和改进热处理工艺等措施，提高材料抗H2S 性能。还可以使用钴基多相合金UNSR3005 作为剪切闸板的剪切刃，将其焊接在由超耐热不锈钢UNSR66286 制成的闸板上，达到防H2S 目的。

（4）目前陆上许多油田进入开采后期，大多都以分层注水提高油层压力，增加油井产量。但在注水作业时，地层的含油污水会从井口喷涌出来，不仅污染环境，而且给作业带来很大困难。在这种情况下，比较先进的做法就是利用主要由防喷器、卡瓦、液控系统、升降油缸和一些辅助装置组成的带压作业装置，并与作业车配合使用，完成起下油管等作业。为进一步提高带压作业装置安全性和可靠能，应改进防顶卡瓦结构，采用自紧高压密封式防顶卡瓦，在油管底部安装循环开关阀，把油缸系统与井控系统融为一体，保证在高压作业下的牢固稳定性能。同时，对于密封橡胶件，应改进其配料方法、工艺工序、探索适宜的温度、硬度等，进一步提高其耐磨性、耐油、耐酸碱性。

（5）加快特殊耐腐蚀不锈钢防喷器的研制。依托国内矿产品种，研制适合于海洋、沙漠等恶劣环境下，如H2S,CO2,盐水、碱母液、海水、硝酸不同腐蚀介质的高强度耐高、低温材料不锈钢防喷器，以取代目前从国外高价进口高镍、铬耐腐蚀不锈钢防喷器，进一步增多特殊类型防喷器品种，降低生产和使用成本，扩大销售和产品应用市场。

环形防喷器(D型)

使用说明书 环形防喷器（D型） 河北华北石油荣盛机械制造有限公司地址：河北省任丘市会战道

目录 1.用途 (2) 2.产品规格及技术参数 (2) 2.1. 环形防喷器型号说明 (2) 2.2. 技术参数 (5) 3.工作原理 (13) 4.结构特点 (14) 4.1. 结构简单可靠 (14) 4.2. 耐磨圈结构 (14) 4.3. 唇形密封圈结构 (14) 4.4. 抗硫化氢性能 (15) 4.5. 球形胶芯 (15) 5.操作与维护 (16) 5.1. 安装 (16) 5.2. 强行起下钻操作 (17) 5.3. 正确使用环形防喷器 (18) 6.零部件拆装 (19) 6.1. 拆卸 (19) 6.1.1. ...................................... 胶芯的更换 19 6.1.2. .............................. 支持圈与活塞拆卸： 19 6.2. 装配 (19) 7.FH54-35的零部件拆装 (20) 8.橡胶件的存放 (21) 9.故障判断及排除方法 (22) 9.1. 防喷器封闭渗漏 (22) 9.2. 防喷器关闭后打不开 (22) 9.3. 防喷器开关不灵活 (22) 10.修理包明细 (22) 11.定货说明 (25)

1.用途 环形防喷器必须配备液压控制系统才能使用。通常它与闸板防喷器配套使用，但也可单独使用。它能完成以下作业： ●以密封各种形状和尺寸的方钻杆、钻杆、钻杆接头、钻铤、套管、 电缆等工具； ●当井内无钻具时，能全封闭井口； ●在使用缓冲贮能器的情况下，能通过18°/35°无细扣对焊接头， 进行强行起下钻作业。 ●环形防喷器仅是在关井时的一个过渡设备，不能用它长时间的封 井，长时间的封井应采用闸板防喷器； 2.产品规格及技术参数 2.1. 环形防喷器型号说明 ×××××——×× 额定工作压力（MPa） 通径代号 产品代号 产品代号：FH—球形胶芯环形防喷器 FHZ—锥形胶芯环形防喷器 额定工作压力：主要有四个等级，见下表 表 1 额定工作压力等级

环形振荡器

环形振荡器 设计要求： 设计一环形振荡器，频率在120KHz 左右，尽量降低振荡频率和电源电压的相关性。 设计： 环形振荡器是有奇数个反相器构成的环形回路。电路如下图所示： 本设计中，由于振荡频率要求在120KHz 的低频，根据提供的工艺，寄生电容和电阻都很小，要实现如此之低的振荡频率需要非常多的反相器串联，电路冗长庞大。所以采用需要外加阻容元件降低工作频率。电路如下图所示。 反相器内部电路： 本设计要求尽量降低振荡频率和电源电压的相关性。造成这个相关性的原因主要来自电路的寄生电阻电容： 1． 对管的输出电阻Rn 或Rp 。 2 ()2n n THN VDD R KP W VDD V L =-可见VDD 越大，此电阻越小，振荡频率越高。 2． 寄生电容Cgd ，Cgs 。这两个参数对电源的相关性较小，但是也受一定的影响。 可见， 要有效降低振荡频率和电源电压的相关性，可采用外部的远大于寄生参数的元件来吸收寄生参数以达到目的。经分析，电路受电源影响较大的是对管的输出电阻Rn 或Rp, 它们的阻值大约为几千欧，这里，把外部的电阻取在400K 可以有效地降低相关性。根据振荡频率120KHz ，计算出τ=0.00833ms ，每一级的平均时延为/3τ=0.00278ms ，需要的电容

大小为3C R τ ==6.94pF 。这里设计的反相器输出端本身就有800fF 的电容，再考虑到寄生 电阻，电容，这里将外接电容的值取为5.5pF 。 Spice 网表文件： * Waveform probing commands .probe .options probefilename="ring_my1.dat" + probesdbfile="E:\Program Files\Tanner EDA\S-Edit\tutorial\schematic\ring_my1.sdb" + probetopmodule="ring_my1" .lib "E:\Gspice\HSPICE2002\H06MIXDDCT10V02.LIB" tt .lib "E:\Gspice\HSPICE2002\H06MIXDDCT10V02.LIB" resistor .lib "E:\Gspice\HSPICE2002\H06MIXDDCT10V02.LIB" bjt .SUBCKT inv in out Gnd Vdd c2 out Gnd 800ff m1p out in Vdd Vdd pmos L=5u W=12u mn1 out in Gnd Gnd nmos L=5u W=8u .ENDS * Main circuit: ring_my1 C1 N3 Gnd 5.5pF C2 N2 Gnd 5.5pF C3 a7 Gnd 5.5pF Xinv7 a7 OUT Gnd Vdd inv Xinv_1 N3 N5 Gnd Vdd inv Xinv_2 N2 N1 Gnd Vdd inv .print tran OUT R4 N2 OUT 400K TC=0.0, 0.0 R5 N1 N3 400K TC=0.0, 0.0 R6 N5 a7 400K TC=0.0, 0.0 .tran 50n 14000000n start=800000n VCC Vdd GND PWL (0 5 8000000n 4.5 9000000n 4 10000000n 3.5 11000000n 3 12000000n 2.5 13000000n 2) * End of main circuit: ring_my1 这里用的仿真软件是Tanner 系列的T-Spice 。 仿真：

环形防喷器(D型)

. ... . .. 使用说明书 环形防喷器（D型） 河北华北石油荣盛机械制造有限公司地址：河北省任丘市会战道

目录 1.用途 (2) 2.产品规格及技术参数 (2) 2.1.环形防喷器型号说明 (2) 2.2.技术参数 (4) 3.工作原理 (9) 4.结构特点 (10) 4.1.结构简单可靠 (10) 4.2.耐磨圈结构 (10) 4.3.唇形密封圈结构 (10) 4.4.抗硫化氢性能 (11) 4.5.球形胶芯 (11) 5.操作与维护 (12) 5.1.安装 (12) 5.2.强行起下钻操作 (13) 5.3.正确使用环形防喷器 (14) 6.零部件拆装 (14) 6.1.拆卸 (14) 6.1.1.胶芯的更换 (14) 6.1.2.支持圈与活塞拆卸： (15) 6.2.装配 (15) 7.FH54-35的零部件拆装 (15) 8.橡胶件的存放 (17) 9.故障判断及排除方法 (17) 9.1.防喷器封闭渗漏 (17) 9.2.防喷器关闭后打不开 (17) 9.3.防喷器开关不灵活 (18) 10.修理包明细 (18) 11.定货说明 (20)

1.用途 环形防喷器必须配备液压控制系统才能使用。通常它与闸板防喷器配套使用，但也可单独使用。它能完成以下作业： ●以密封各种形状和尺寸的方钻杆、钻杆、钻杆接头、钻铤、套管、电缆等工 具； ●当井内无钻具时，能全封闭井口； ●在使用缓冲贮能器的情况下，能通过18°/35°无细扣对焊接头，进行强行 起下钻作业。 ●环形防喷器仅是在关井时的一个过渡设备，不能用它长时间的封井，长时间 的封井应采用闸板防喷器； 2.产品规格及技术参数 2.1.环形防喷器型号说明 ×××××——×× 额定工作压力（MPa） 通径代号 产品代号 产品代号：FH—球形胶芯环形防喷器 FHZ—锥形胶芯环形防喷器 额定工作压力：主要有四个等级，见下表 表 1 额定工作压力等级

环形振荡器版图设计

实验三：环形振荡器版图设计 一、实验目的 1、使用现有的布局实例创建新的布局； 2、仿真提取版图； 二、实验要求 1、打印出DRC报告； 2、输出CMOS环形振荡器的后置仿真结果，包括瞬态响应、振荡频率和平均功率。 三、实验工具 Virtuoso 四、实验内容 1、创建CMOS环形振荡器电路原理图； 2、创建CMOS环形振荡器的版图； 3、后仿真(Post-layout simulation,PLS)。

1、创建CMOS环形振荡器的电路原理图 在library manager界面选中lab1(自己创建的库)，并点击菜单栏上的file->new->cell view,创建CMOS环形振荡器的电路原理图。 图1 CMOS环形振荡器电路原理图的创建 因为CMOS环形振荡器是由几个CMOS反相器组成的，在前面两个实验中已经创建好了CMOS反相器的电路原理图，所以可以直接调用CMOS反相器，在schematic editing窗口利用快捷键’i’打开添加实例窗口，选择之前所创建的CMOS反相器，如图2所示，连续放置5个。 图2 添加CMOS反相器 将5个CMOS反相器一次首尾相连，接着创建一个输出引脚，放置在最后一个CMOS反相器后，并通过wire将它们连接起来，具体如图3所示：

图3 CMOS环形振荡器电路原理图 2、创建CMOS环形振荡器的版图 与创建CMOS反相器的版图类似，也是在library manager窗口先选中lab1,在选择file->new->cell view,在弹出的窗口中输入环形振荡器的信息如图4所示： 图4 CMOS环形振荡器版图的创建 在layout editing中添加5个CMOS反相器，并将它们摆放在一起，中间的金属正好相接，如图5所示： 图5 CMOS环形振荡器版图

环形防喷器操作与维护指南

环形防喷器维护与操作指南 油田管具生产合作公司 1995年10月1日

保证书 油田管具生产合作公司生产的所有产品，在开始使用的一年内，并且是在压力范围内使用，我们保证不会存在工艺和材料方面的缺陷。油田管具生产合作公司仅限于免费替换发现的在材料或者工艺上有缺陷的部件。点检包括由疏忽引起的缺陷，但不包括：劳务支出的赔偿以及由这种不足导致的买方的损失，在一般民事法律或严格的执法胜诉所花费用，由于延期产生的损失、价值的消耗，其他直接或间接的损失或任何破坏性的结果。此保证书专用于其他说明书明确提到的情况、销售说明书暗含的情况和超过说明书使用范围但合适的特殊情况下。在产品不完全是我公司生产的情况下，管道工的义务限于他对油田管具生产合作公司的义务之中，仅仅有权从该产品和部件的厂商复原。

环形防喷器操作指南 1995年10月1日 简介 在井控技术中，环形防喷器是一项独特的设计。与其他的环形防喷器不同，该产品在它的封闭元件中没有使用金属头。这样就允许该防喷器能关闭井中的多个对象，就像开井时一样不会损坏那些精密的设备，例如电潜泵电缆或者纤维玻璃管道。另外该产品没有可移动的机械部件，例如活塞和动力封等容易被封闭液体中的杂质损害的部件。外部封隔器作为一个挡板来传输水压到内部封隔器并关闭环形防喷器。 特点和装配指南 与市场上其他的环形防喷器不同，该产品是一个进行压力开合环行防喷器，并能在包括氮气、水及水力流体等任何介质中操作使用，在水力流体中更好。必须将压力源与位于防喷器上的两个NPT汽缸口中的其中一个，用一条高压柔韧管线最好是1英寸管线连接起来。两个汽缸口都可以使用，且在防喷器两面隔180度，这样设计仅仅是为了方便。在一个储蓄器关闭系统上使用一个三位四通阀（典型硬件），水力管线应该连接到在关闭系统后边的“关闭”汽缸口上。“开”汽缸口一定要封死。在防喷器和水力管线之间，建议安装一个1英寸300MPa的球阀。（详情见下） 该产品的另一个特点是它的防喷器工作压力和关闭心子操作液压比是1：1。也就是说，例如，如果井口压力是100Mpa时，那么关闭

环形振荡器

集成电路设计实践报告 题目：基于Cadence的反相器设计 班级： 学号： 姓名： 1.关于Cadence EDA软件

Cadence EDA软件是当前在各类工作站上广泛使用的一种功能最为完备的电子设计自动化辅助工具，其布局/布线工具与电路仿真工具的性能超群，世界上绝大多数IC生产厂商都可以直接接收由它们生成的IC版图和仿真结果。 对于全定制的设计，首先应输入电路原理图，然后对其要完成的功能进行仿真，以便对设计功能进行验证并对设计参数进行优化。仿真结束后，进行电路的IC版图设计，设计完成后要进行版图的设计规则检查和设计参数的提取，以检查版图设计是否符合工艺要求。完成了版图的设计后，还要将版图电路与原理图电路进行对比，即LVS(Layout Versus Schematic)。确定无误后，用从版图中提取的包括各种寄生参数在内的数据进行所谓的后仿真(Post Simulation)，该后仿真能够比较好地反映IC制造完成后电路的实际工作情况。一旦仿真结果满足设计要求，就可以将版图数据提交给生产厂商进行流片生产。 2.反相器设计 2.1实验目的 1、掌握用Composer绘制倒相器的电路图； 2、掌握用Analog Artist进行倒相器的电路仿真。 3、通过Vrtuoso工具进行倒相器的版图设计，尺寸按照要求绘制； 4、对倒相器的版图进行DRC、ERC、LVS验证。 2.2实验步骤 2.2.1反相器原理图的绘制 1 在终端提示符下，键入icfb&，启动Cadence EDA软件。 2 在弹出的Library Manager窗口中执行File->New->Library，将会弹出如下图所示的窗口，在Name栏中输入设计库的名字，然后还需要为设计选择一个已经存在的工艺库。具体做法是点击Attach to existing tech library前面的按钮，然后选择相应的工艺文件，当然在进行电路设计及仿真时也可以不选定工艺文件，最后点击OK。 3、在Library Manager窗口中先选择刚才新建立的库，再在菜单文件选项中选择执行File->New->Cell View选择工具栏中的“添加元件”，弹出添加元件的窗口，点击Add Instance窗口中的Browse，会弹出Component Browser窗口，选定Library为analogLib，并使得Flatten的复选框选中，一些常用的元器件就在Analoglib库中列出来了。

环形防喷器

环形防喷器 0 简介 环形防喷器（英文：Annular Blowout Preventer）通常是装有闸板式防喷器的大型闸门，运作时会在管柱和井筒之间形成一个密封的环形空间，在井内装有管柱的情况下，也能单独完成封井，但是使用几次就不行了，并且不允许长期关井使用。防喷器的主要作用就是进行封井，当井为空井时，可封整个井口（也叫封零）；当井不为空井时,可封环形空间（也叫封环空），其是利用一种尺寸的胶芯，封各种不同尺寸的环形空间。另外，环形防喷器的重要作用还有在封井的情况下向井里下入钻具（也叫强行起下钻），但要求必须要有减压调压阀或缓冲储能器的配合，并且使用的钻具必须有18°坡度的对焊钻杆接头。 1 研究现状 1.1防喷器研究现状和问题 经过几十年的发展，防喷器的体积和质量不断减小，材料性能不断提高，结构功能不断完善，逐渐适应新的井控要求。但其作为钻井作业中的一个重要设备，为避免出现事故，对它的研究和试验需要非常小心谨慎，而这也正制约了防喷器的发展，目前防喷器设计仍然遵循原始的闸板防喷器的基本原理。我国在防喷器设计上虽然取得了一系列成果，但同国外相比发展仍较缓慢。 1.2.1国外研究现状 国外的防喷器设计研究经历了三个阶段80多年的发展历史，第一阶段为手动闸板防喷器，第二阶段为液动闸板防喷器和环形防喷器的组合，第三阶段仍为液动防喷器，以高压、大通径、可变通径和不断完善的结构为其主要特征，目前已经具有多种规格的系列化产品。美国在防喷器研究、设计、制造等方面都占据领先地位，其生产的防喷器已能满足从陆上到海洋等各种环境工况的要求。为满足井控设备设计规范化的需要，美国在1986、1999和2004年分别发布了APISpec16A《钻通设备》第一版、第二版和第三版，对防喷器的材料、设计制造、试验检测和质量控制等方面提出了更为详细而严格的要求。 美国生产的防喷器通径从65mm到762mm，压力等级从3.45MPa到172.SMpa，品种规格己超出了APISpec16A规范覆盖的范围。其中，著名厂家有美国的Cameron、Hydril、shaffer(verco)三大公司，能够制造压力3.5(SOOpsi)一IOSMpa(1500Opsi)、通径lsomm 一54omm的陆上及水下用防喷器。Cameron公司的闸板防喷器、Hydril公司的整体水下防喷器、Shaffer公司的环形防喷器，成为国外钻井公司的首选。Cameron公司的闸板防喷器多为锻件，体积小、重量轻、拆装方便省力;Shaffer公司的环形防喷器为球形胶芯，储胶量大、高度低、密封可靠，其生产的水下防喷器，可由机械手自动更换闸板;脚dril公司生产的水下防喷器为整体式，高度低、密封安全可靠。国外对于旋转防喷器的研究越来越成熟，品种类型较多，主要厂家有美国WilliamS公司、Sea一tech公司、Varco公司以及加拿大高山公司等。其中，美国WilliamS公司的7000型和7100型旋转防喷器使用了2个环形胶芯，提高了密封的可靠性，属高压旋转防喷器，用于井口回压较高的欠平衡钻井。Varco公司的Shaffer高压型及Sea一tech公司与加拿大高山公司的旋转防喷器也属于高压旋转防喷器;而WilliamS公司普通型、Varco公司的Shaffer低压型则属于低压旋转防喷器，主要用于井口回压较低的充气钻井和泡沫钻井等。 国外几大厂家在设计、制造、检测等技术上具有强大的优势，其生产的防喷器关键部件在结构、材料等方面也不断更新改善并取得突破进展，设计的剪切闸板能够剪切168.3mm 的S级钻杆;变径闸板的变径范围达到70mm以上;密封材料的工作温度最高达2300C，最

一种低成本的RC环形振荡器

一种低成本的RC环形振荡器 【摘要】本文提出了一种能够在纯数字CMOS工艺中制造的振荡器。通过电荷守恒原理将内部节点的电压范围限制在0～VDD之间，使其可以采用低成本的N-阱电阻和MOS电容。测试结果表明，振荡器输出频率中心值为1MHz，与设计预期相符。 【关键词】振荡器;CMOS;低成本 1.引言 众所周知，振荡器在集成电路中占有重要的地位。通过振荡器的运用，可以产生各种不同频率的周期性的时钟信号。振荡器的实现方式有很多，有通过恒流源对电容充放电，并将电容上的电压与参考电压进行比较以此来决定输出是否翻转的振荡器[1][2][3][4]。文献[5]中在通过恒流源对电容充放电的基础上，采用LDO对振荡器进行供电，以减小电源电压变化对频率的影响。上述两种方案都需要比较精确的电流和电压参考，在纯数字CMOS工艺的实现成本也较高。除此以外还有用于PLL的压控振荡器（VCO），其频率范围较大，不适合作为时钟发生器[6][7]。 图1所示的振荡器是一种通过电阻点电容充放电实现的振荡器电路。电路的各个节点的电压波形如图2所示，其中VDD为工作电源电压。这种结构的振荡器的优点是不需要用到精确的电流和电压基准，且且其振荡周期由RC常数决定，与电源电压无关，大约为2.2×R1×C1，成本相对较低。但是从图2可以看出，节点V A的电压范围为-1/2×VDD到3/2×VDD，超出了0到VDD的范围，这会导致两个问题： （1）当V A的电压达到3/2×VDD时，反相器INV1中的NMOS的栅源电压绝对值大于VDD，从而容易使NMOS晶体管的栅极被击穿，造成电路失效;同理，当V A的的电压达到-1/2×VDD时，反相器INV1中的PMOS的栅源电压绝对值也大于VDD，从而容易使PMOS晶体管的栅极被击穿，造成电路失效。 图1 现有的RC环形振荡器 图2 现有的RC环形振荡器各节点电压波形 （2）在CMOS工艺中，电容C1虽然可以有双多晶电容、MIM电容和MOS 电容（多晶-N阱电容）等多种电容被采用，但是双多晶电容的制造需要在普通的栅极多晶上添加额外的一层绝缘层和多晶层，而MIM电容的制造需要额外的绝缘层和金属层，因此双多晶电容和MIM电容在标准的纯数字CMOS工艺的基础上均需要增加额外的工艺步骤，成本较高;而MOS电容是由单层多晶和N阱组合实现的，可在纯数字CMOS工艺中制造，成本较低。同时由于MOS电容的的电压系数较大，为减小多晶-N阱电容受电压系数的影响，一般将MOS电容反

环形振荡器设计

目录 目录 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract ........................................................................................................... 错误！未定义书签。 1 设计目的及任务要求................................................................................. 错误！未定义书签。 1.1 设计目的.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 任务要求.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.3 软件简介.......................................................................................... 错误！未定义书签。 2、工作原理................................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1 CMOS反相器电路 .......................................................................... 错误！未定义书签。 2.2静态CMOS反相器电路 ................................................................. 错误！未定义书签。 2.3 CMOS反相器的特性 ...................................................................... 错误！未定义书签。 2.4 电压传输特性（VTC）.................................................................. 错误！未定义书签。 2.5 开关阈值........................................................................................ 错误！未定义书签。 2.6 环形振荡器的工作原理................................................................ 错误！未定义书签。 3、电路设计................................................................................................... 错误！未定义书签。4．仿真结果................................................................................................... 错误！未定义书签。心得体会......................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献......................................................................................................... 错误！未定义书签。

《CMO环形振荡器集成电路设计综合实验》实验指导书

电路设计综合实验实验指导书之CMOS环形振荡器集成电路设计 武汉大学物理科学与技术学院 电子科学与技术系 何进

一、实验目的 1、培养学生分析、解决问题的综合能力； 2、培养学生对集成电路设计全流程的理解能力； 3、培养学生对电路设计、电路仿真、版图设计等具体技能的掌握能力； 4、培养学生团队合作能力； 二、实验要求 1、分小组独立完成CMOS环形振荡器的电路级设计、电路级仿真、版图级设计、版图级仿真（后 仿真）的实验全流程。 2、认真完成实验报告。 3、组内同学相互协作，共同完成实验。 4、按照时间分配逐步完成电路级设计、电路级仿真、版图级设计、版图级仿真（后仿真）各个步骤。 5、所设计的环形振荡器需到达以下性能指标： a.中心频率：不小于600MHz b.调谐范围：不小于600MHz c.相位噪声：不小于-100dBc/Hz@1M 三、实验设备 1、WINDOWS & LINUX软件平台 2、EDA设计软件—— Cadence &Virtuoso 四、实验步骤 总共36学时，按一次实验时间３学时计共12次实验时间。学时具体分配如下： 1、综合实验的要求＆基础知识的准备 1次实验时间 2、CMOS环形振荡器器的电路级设计 1次实验时间 3、Cadence电路仿真软件的熟悉 1次实验时间 4、CMOS环形振荡器电路级仿真 2次实验时间 5、版图设计相关知识的讲授 1次实验时间 6、Virtuoso版图设计软件的熟悉 1次实验时间 7、CMOS环形振荡器运算放大器版图设计 3次实验时间 8、CMOS环形振荡器版图级仿真 1次实验时间 9、实验结果的讨论＆实验报告的撰写 1次实验时间 五、实验原理 1、环形振荡器器概述 人们对振荡器的研究一直没有停止过。从早期的真空管时代到后期的晶体管时代再到现在的超大规模集成电路时代，无论是理论上还是电路结构和性能上，无论是体积上还是制作成本上无疑都取得了飞跃性的发展，但在很长的一段时期内都是处在用分离元件组装而成的阶段，其性能较差，成本相对较高，体积较大和难以大批量生产。随着电子通信领域的不断向前推进，终端产品越来越要求轻、薄、短、小，

DSP内嵌PLL中的CMOS压控环形振荡器设计(精)

DSP内嵌PLL中的CMOS压控环形振荡器设计 1 引言 在现代高性能DSP芯片设计中，锁相环(PLL)被广泛用作片内时钟发生器，实现相位同步及时钟倍频。压控振荡器(VCO)作为PLL电路的关键模块，其性能将直接决定PLL的整体工作质量。目前，在CMOS工艺中实现的VCO主要有两大类：LC压控振荡器和环形压控振荡器。其中LC压控振荡器具有较低的相位噪声和较低的功耗，但需要采用片上集成电感，因而占用很大的芯片面积，且调谐范围较小。而CMOS环形振荡器有着频率调节范围大，芯片面积小，制造工艺简单等优点，且可以通过调整振荡器的级数，方便的获得不同相位的一系列时钟，因此在系统芯片(SOC)中有着更为广泛的应用。 本文提出了一种采用四级延迟单元的CMOS环形压控振荡器，每级采用调节电流源大小，改变电容放电速度的方式，在方便的提供正交输出时钟的同时，具有2MHz至90MHz频率调节范围以及较低的功耗，可满足DSP芯片时钟系统的应用要求。 2 VCO电路设计 在锁相环系统中VCO的作用是根据不同的控制电压．输出相应振荡频率的波形，并将其输入至分频器，从而反馈到输入端。因此理想的VCO其特性函数应为： 其中Kvco为常数，表示电路的灵敏度。而实际的VCO调节特性表现出非线性，也就是Kvco不是常数，这种非线性使锁相环的稳定性退化，因此我们希望在尽可能宽的频率调节范围内Kvco的变化最小。 2．1 整体电路结构 压控环形振荡电路的整体结构框图如图1所示，整个环路由四级延迟单元构成，每级延迟为TD，其中前三级电路接成反相的，最后一级电路正相连接，因此电路不会被锁定，且每级振荡电路的输出时钟相移为45°。 图1 压控环形振荡器的整体结构框图 这里，V是电荷泵的输出电压经低通环路滤波器去除高频成分后的直流分量，用来控制每级延迟单元的延迟时间。Venable是来自外部控制电路的使能信号，当Venable为低电平时每级差分输出的两端均为“0”，此时整个VCO电路关闭，停止振荡；当Venable为高电平，电路正常工作时，环路在连续的电压结点之闸以的延迟振荡，产生的振荡周期为8TD。只要在输入电压和延迟时间TD之问建立起线形的关系，输出信号的频率F∝1/TD，就能够实现VCO所需的输入电压和输出频率之间的线性关系。 2．2单元电路设计 振荡器延迟单元的电路结构如图2所示，电路采用RS触发结构来产生差分输出的信号，这在消除静态功耗的同时，具有较好的抗噪声性能。图中的M1管和M4管分别提供对电容C1和C2充电时的电流。M2管和M5管作为电流源提供电容放电时的电流，其电流大小随控制电压V而改变，从而实现对电容放电速度的调节。另外，电容C1和C2是用源漏端接地的NMOS管制成的MOS栅氧电容，具有很高的单位面积电容值，以及较好的精度。 图2 延迟单元电路图

环形振荡器设计

目录 目录 (1) 摘要 (2) Abstract (3) 1 设计目的及任务要求 (4) 1.1 设计目的 (4) 1.2 任务要求 (4) 1.3 软件简介 (4) 2、工作原理 (5) 2.1 CMOS反相器电路 (5) 2.2静态CMOS反相器电路 (5) 2.3 CMOS反相器的特性 (6) 2.4 电压传输特性（VTC） (6) 2.5 开关阈值 (8) 2.6 环形振荡器的工作原理 (9) 3、电路设计 (12) 4．仿真结果 (14) 心得体会 (16) 参考文献 (17)

摘要 振荡器是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方波）的电子元件。其构成的电路叫振荡电路，能将直流信号转换为具有一定频率的交流电信号输出。振荡器的种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。 环形振荡器由三个非门或更多奇数个非门输出端和输入端首尾相接，构成环状。以三个非门为例，即非门A输出端连接到非门B输入端，非门B输出端连接到非门C输入端，非门C输出端到连接非门A输入端，在其中任何一个连接的位置都可以引出输出信号。本文将围绕环形振荡器进行具有具体功能的振荡器的理论分析与设计。 关键词：集成电路环形振荡器反相器

Abstract Oscillator is used to generate repeated electrical signals (typically a sine wave or square wave) of the electronic components. Its circuit configuration is called an oscillation circuit, capable of DC into AC electrical output signal having a certain frequency. Many types of oscillators, according to the oscillation excitation can be divided into self-excited oscillator, he excited oscillator; according to the circuit structure can be divided RC-oscillator, LC oscillator, crystal oscillator, the tuning fork oscillators; according to output waveform can be divided into sine wave, square wave, sawtooth oscillator. Widely used in the electronics industry, medical and scientific research. Ring oscillator consisting of three or more odd number of NAND gate NAND gate output and the input of the end to end to form a ring. In three of the NAND gate as an example, i.e., the output of NAND gate A is connected to the B input of the NAND gate, the NAND gate B output connected to the input terminal of the NAND gate C, NAND gate C output to the A input of the NAND gate is connected, in which anywhere a connection can lead to the output signal. This article will focus on the ring oscillator oscillator has a specific function of the theoretical analysis and design. Keywords: IC inverter ring oscillator

环形振荡器的工作原理

环形振荡器的工作原理 环形振荡器是利用门电路的固有传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而成，该电路没有稳态。因为在静 态（假定没有振荡时）下任何一个反相器的输入和输岀都不可能稳定在高电平或低电平，只能处于高、低 电平之间，处于放大状态。 假定由于某种原因v11产生了微小的正跳变，经G1的传输延迟时间后，V12产生了一个幅度更大的负跳变， 在经过 G2的传输延迟时间后， 使v13产生更大的正跳变，经 G3的传输延迟时间后，在产生一个更大的负 跳变并反馈到G1 输入端。可见，在经过 3后，v11又自动跳变为低电平，再经过 3之后，v11又将跳变为 高电平。如此周而复始， 便产生自激振荡。如图 2所示，可见振荡周期为 6 LJTl F7L_r Gi 图i 环形惑器的原理电路 图2环形振荡器的工作波形 环形振荡器的改进原因 环形振荡器的突岀优点是电路极为简单，但由于门电路的传输延迟时间极短，门电路只有几十纳秒，电路 也不过一二 百纳秒，难以获得较低的振荡频率，而且频率不易调节，为克服这个缺点，有几种改进电路， 下面给出对照图。如图 3和图4所示。 环形振荡器的改进原理 接入电路以后，不仅增大了门G2的传输延迟时间2有助于获得较低的振荡频率。而且通过改变R 和C 的 数值可以很 方便地实现对频率的调节。 环形振荡器的实用电路 如图4,为了进一步加大和 G2的传输延迟时间，在实用电路中将电容 C 的接地端改接 G1的 输出端。如图 1035所示。例如当V12处发生负跳变时，经过电容 C 使V13首先跳变到一个负电平，然后再从这个负电 Ga 图3御感器的改进电路 图4环形振荡器时实用改讲电路图

环形防喷器的说明书

1.概 述 1．1型号说明 环形防喷器的型号由5组大写英文字母或数字构成（其中有些可以省略） 说明如下： 举例: 1．2 用 途

≤35MPa ≥70MPa 环形防喷器的胶芯有球形和锥形二种形式;球形胶芯的顶盖与壳体连接形式为法兰和楔形块连接，锥形胶芯的顶盖与壳体连接形式为爪盘连接〈详见表1、图1、图2、图3 〉 2.环形防喷器规格及主要技术参数 环形防喷器 顶盖与壳体为爪盘连接(见图3) 胶芯形式 球形 锥形 顶盖与壳体为法兰连接(见图1) 顶盖与壳体为楔形块连接 (见图2) 1顶盖 2球形胶芯 3接合环 4活塞 5壳体 6密封件

图1 FH35-35/70环形防喷器 (顶盖与壳体为法兰连接) 、图2 FH35-70/105环形防喷器(顶盖与壳体为楔形块连接 ) 顶盖 压紧环 楔形块 球形胶芯挡泥环 密封件 活塞 壳体 1顶盖 2 防磨耗板3锥形胶芯 4爪盘 5密封件 6活塞 7外部体套筒8内部体套筒 9壳体

图3 FH54-14环形防喷器(顶盖与壳体为爪盘连接) 型号FH18-35FH28－35FH28-35/70通径 mm(in)179.4(7 1/16)279.4 (11) 额定工作压力MPa（psi）35 (5000) 液控压力MPa（psi）≤10.5 (1500) 油缸开启腔容量L12.8 5858 油缸关闭腔容量L18.87272 顶盖与壳体连接形式法兰法兰法兰密封胶芯形式球形球形球形 顶部连接形式顶部栽丝 螺栓M36×3M48×3M48×3垫环R46R54 R54 底部连接形式底部法兰 螺栓M36×3M48×3 M45×3 垫环R46R54BX158 液控连接规格Z1" ×2 净重量 kg157243004423重心 （下法兰中心为原点） 338 462 468 产品外形尺寸mm A73711381138 H79010811096 装箱外形尺寸（长X宽X高）mm 1380×940 ×1195 1500×1310 ×1640 1500×1310 ×1640 毛重 kg 1755 4560 4683

环形防喷器D型

使用说明书环形防喷器（D型） 河北华北石油荣盛机械制造有限公司地址：河北省任丘市会战道

目录 1.用途 (4) 2.产品规格及技术参数 (5) 2.1. 环形防喷器型号说明 (5) 2.2. 技术参数 (10) 3.工作原理 (24) 4.结构特点 (24) 4.1. 结构简单可靠 (25) 4.2. 耐磨圈结构 (25) 4.3. 唇形密封圈结构 (25) 4.4. 抗硫化氢性能 (26)

4.5. 球形胶芯 (26) 5.操作与维护 (28) 5.1. 安装 (28) 5.2. 强行起下钻操作 (31) 5.3. 正确使用环形防喷器 (32) 6.零部件拆装 (33) 6.1. 拆卸 (33) 6.1.1.胶芯的更换 (33) 6.1.2.支持圈与活塞拆卸： (34) 6.2. 装配 (34) 7.FH54-35的零部件拆装 (35)

8.橡胶件的存放 (37) 9.故障判断及排除方法 (38) 9.1. 防喷器封闭渗漏 (38) 9.2. 防喷器关闭后打不开 (39) 9.3. 防喷器开关不灵活 (39) 10.修理包明细 (39) 11.定货说明 (45)

1.用途 环形防喷器必须配备液压控制系统才能使用。通常它与闸板防喷器配套使用，但也可单独使用。它能完成以下作业： 以密封各种形状和尺寸的方钻杆、钻杆、钻杆接头、钻铤、套管、电缆等工具； 当井内无钻具时，能全封闭井口； 在使用缓冲贮能器的情况下，能通过18°/35°无细扣对焊接头，进行强行起下钻作业。 环形防喷器仅是在关井时的一个过渡设备，不能用它长时间的封井，长时间的封井应采用闸板防喷器；