论文部分内容阅读
摘要：防喷器是石油天然气勘探开发过程中，保证井控安全的重要设备，能有效地控制钻井液、气的井涌和井喷。但对国产和进口的防喷器的气密封性进行检测发现气密封性能普遍较差，不能满足对井控装置气密封性能的要求。通过与防喷器厂家合作，研制了满足气密封闸板防喷器，解决了西南、西北地区高压气井开发的井控难题。本文将影响防喷器气密封因素、特点简单介绍，以便在气密封防喷器检修过程中起到指导作用。
关键词：气密封；闸板防喷器；检修
防喷器是石油天然气勘探开发过程中，保证井控安全的重要设备，能有效地控制钻井液、气的井涌和井喷。
不管设计、制造等环节多先进，防喷器最终检验方法是试压，即液密封试压和气密封试压。由于以前没有对气密封做出要求，防喷器出厂只做的液密封性能检测。但是随着西南、西北地区高压油气井的勘探开发，对井控装备的气密封性能提出了更高的要求。
经过对国产和进口的防喷器的气密封性进行检测发现气密封性能普遍较差，不能满足对井控装置气密封性能的要求。
一、防喷器气密封失效机理
1、密封失效分析
防喷器是一种超高压密封，共有闸板与壳体、闸板与密封管件、侧门与壳体、侧门与闸板活塞杆、法兰与法兰的钢圈之间五道密封。其中侧门与活塞杆属于动密封，其余都属于静密封。
通过对气密封试验后的防喷器拆卸检查，发现闸前密封、顶密封没有损坏。但闸板活塞杆密封部分有损坏，侧门骨架的密封圈全部被挤坏。
密封失效主要是密封圈失效。根据现场防喷器解体的情况来看，密封失效的主要原因是密封圈挤出失效。
密封圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。
接触压力与连接件之间间隙、系统压力、O 形圈截面形状以及材料硬度有关。
2、影响密封因素的研究
通过分析，影响气密封性能因素归结以下几个方面：
1、密封圈性能。密封圈被挤坏说明密封圈材料的抗扯断强度、抗撕裂强度、弹性变形和硬度需要进一步提高。
2、密封圈结构尺寸。密封骨架的密封尺寸不合理，密封预应力小导致气密封失效。
3、接触面粗糙度及形位公差。通过检测，发现密封骨架的平面度较差，骨架和壳体之间的间隙较大，用过的密封骨架发生变形；侧门与壳体的配合面的加工采用是铣削的方式，粗糙度较高也是影响气体密封性能之一。
4、活塞杆密封圈材料和结构不合理。
5、金属件密封部位的防腐蚀处理。金属密封面的表面状态对气密有很大影响，特别是表面有浮锈，划伤等缺陷存在会导致密封失效。
二、气密封防喷器特点
从浮动骨架结构、密封面加工精度、橡胶件性能、密封件结构尺寸、耐腐蚀性能等方面进行了改进。与普通防喷器比较，满足气密封要求防喷器具有以下特点。
1、浮动骨架密封性能提高
气密封防喷器浮动骨架采用前后端面对称密封结构，提高了前矩形密封圈的初始密封；同时井压作用在侧门骨架底部，井压助封效果明显。
2、侧门密封平面加工精度提高
以前侧门及壳体接触面通过铣床进行加工，粗糙度为Ra3.2。通过大型磨床，进行机械磨洗，密封面粗糙度达到Ra0.5。
3、橡胶密封件弹性更好
经长期的正交试验，研发新的橡胶配方。该橡胶具有高弹性及高气密封性。
4、密封件结构更加合理
将浮动骨架端面密封圈设计为D结构，过盈量大，不易产生飞边。同时把活塞杆密封改为加厚唇形圈，减少了积累误差，提高了密封性。
5、耐腐蚀性能提高
对密封部位均采取了堆焊防腐层的工艺措施。具体部位为壳体腔、壳体与侧门贴合的密封端面、侧门的闸板轴密封件安装孔、侧门密封槽、钢圈槽等。通过堆焊硬质合金，降低了以上各密封面的腐蚀，相对来说就是减小了密封面之间间隙，提高密封性能。见图10、图11。
图10 喷焊耐腐蚀合金 图11 喷焊耐腐蚀合金部位
（作者单位：中石化中原石油工程公司管具公司技術发展中心）
关键词：气密封；闸板防喷器；检修
防喷器是石油天然气勘探开发过程中，保证井控安全的重要设备，能有效地控制钻井液、气的井涌和井喷。
不管设计、制造等环节多先进，防喷器最终检验方法是试压，即液密封试压和气密封试压。由于以前没有对气密封做出要求，防喷器出厂只做的液密封性能检测。但是随着西南、西北地区高压油气井的勘探开发，对井控装备的气密封性能提出了更高的要求。
经过对国产和进口的防喷器的气密封性进行检测发现气密封性能普遍较差，不能满足对井控装置气密封性能的要求。
一、防喷器气密封失效机理
1、密封失效分析
防喷器是一种超高压密封，共有闸板与壳体、闸板与密封管件、侧门与壳体、侧门与闸板活塞杆、法兰与法兰的钢圈之间五道密封。其中侧门与活塞杆属于动密封，其余都属于静密封。
通过对气密封试验后的防喷器拆卸检查，发现闸前密封、顶密封没有损坏。但闸板活塞杆密封部分有损坏，侧门骨架的密封圈全部被挤坏。
密封失效主要是密封圈失效。根据现场防喷器解体的情况来看，密封失效的主要原因是密封圈挤出失效。
密封圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。
接触压力与连接件之间间隙、系统压力、O 形圈截面形状以及材料硬度有关。
2、影响密封因素的研究
通过分析，影响气密封性能因素归结以下几个方面：
1、密封圈性能。密封圈被挤坏说明密封圈材料的抗扯断强度、抗撕裂强度、弹性变形和硬度需要进一步提高。
2、密封圈结构尺寸。密封骨架的密封尺寸不合理，密封预应力小导致气密封失效。
3、接触面粗糙度及形位公差。通过检测，发现密封骨架的平面度较差，骨架和壳体之间的间隙较大，用过的密封骨架发生变形；侧门与壳体的配合面的加工采用是铣削的方式，粗糙度较高也是影响气体密封性能之一。
4、活塞杆密封圈材料和结构不合理。
5、金属件密封部位的防腐蚀处理。金属密封面的表面状态对气密有很大影响，特别是表面有浮锈，划伤等缺陷存在会导致密封失效。
二、气密封防喷器特点
从浮动骨架结构、密封面加工精度、橡胶件性能、密封件结构尺寸、耐腐蚀性能等方面进行了改进。与普通防喷器比较，满足气密封要求防喷器具有以下特点。
1、浮动骨架密封性能提高
气密封防喷器浮动骨架采用前后端面对称密封结构，提高了前矩形密封圈的初始密封；同时井压作用在侧门骨架底部，井压助封效果明显。
2、侧门密封平面加工精度提高
以前侧门及壳体接触面通过铣床进行加工，粗糙度为Ra3.2。通过大型磨床，进行机械磨洗，密封面粗糙度达到Ra0.5。
3、橡胶密封件弹性更好
经长期的正交试验，研发新的橡胶配方。该橡胶具有高弹性及高气密封性。
4、密封件结构更加合理
将浮动骨架端面密封圈设计为D结构，过盈量大，不易产生飞边。同时把活塞杆密封改为加厚唇形圈，减少了积累误差，提高了密封性。
5、耐腐蚀性能提高
对密封部位均采取了堆焊防腐层的工艺措施。具体部位为壳体腔、壳体与侧门贴合的密封端面、侧门的闸板轴密封件安装孔、侧门密封槽、钢圈槽等。通过堆焊硬质合金，降低了以上各密封面的腐蚀，相对来说就是减小了密封面之间间隙，提高密封性能。见图10、图11。
图10 喷焊耐腐蚀合金 图11 喷焊耐腐蚀合金部位
（作者单位：中石化中原石油工程公司管具公司技術发展中心）