可变径闸板防喷器胶芯失效原因及预防措施.pdfVIP

年 第 卷 第期第 页 石 油 矿 场 机 械 犗 犐 犔 犉 犐 犈 犔 犇 犈 犙 犝 犐 犘犕犈 犖 犜 ， （） ： 文章编号： （ ） 可变径闸板防喷器胶芯失效原因及预防措施 栗国浩 （ 中海油田服务股份有限公司 油田生产事业部， 天津 ） 摘要： 总结了可变径闸板防喷器胶芯在现场使用中出现的失效问题。通过对可变径闸板防喷器胶 芯失效实例分析， 结合现场的实际经验， 找出引起胶芯失效的原因， 并提出了解决办法， 为防喷器胶 芯设计、 生产、 检验、 使用提供参考。通过各个环节的把关， 消除可变径闸板防喷器胶芯失效的不利 因素， 为防喷器的安全使用提供了保障。 关键词： 防喷器； 胶芯； 失效； 分析 中图分类号： 文献标识码： 犱 狅 犻： 犞 犪 狉 犻 犪 犫 犾 犲犚 犪 犿犅 犗 犘犆 狅 狉 犲犉 犪 犻 犾 狌 狉 犲犆 犪 狌 狊 犲 狊犪 狀 犱犘 狉 犲 狏 犲 狀 狋 犻 狏 犲犕 犲 犪 狊 狌 狉 犲 狊 （犘 狉 狅 犱 狌 犮 狋 犻 狅 狀犗 狆 狋 犻 犿 犻 狕 犪 狋 犻 狅 狀犇 犲 狆 犪 狉 狋 犿 犲 狀 狋，犆 犺 犻 狀 犪犗 犻 犾 犳 犻 犲 犾 犱犛 犲 狉 狏 犻 犮 犲 狊犆 狅，犔 狋 犱，犜 犻 犪 狀 犼 犻 狀 ，犆 犺 犻 狀 犪） 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： ， ， ， ， ， ， 犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊： ； ； ； 可变径闸板防喷器可以适用于一定范围内不同 尺寸的钻具， 目前使用最多的规格有 （英寸） 。使用可变径闸板防喷器， 在整 个钻井过程中不必因钻具改变而相应更换闸板芯， 就可达到封井的目的。这种防喷器使用方便、 成本 低、 效率高， 目前油田钻井作业中几乎全部在使用这 种可变径闸板防喷器。但是， 在使用过程中发现可 变径闸板胶芯出现多种失效问题， 甚至造成落鱼， 导 致钻井事故发生。 可 变 径 闸 板 防 喷 器 胶 芯 结 构 及 工 作 原理 可变径闸板防喷器与普通闸板防喷器的壳体是 通用的， 根据壳体内安装闸板总成的不同可以分为 可变径闸板防喷器、 剪切闸板防喷器、 全封闸板防喷 器及管子闸板防喷器。闸板防喷器主要由壳体、 油 缸、 活塞和闸板总成构成， 如图所示。可变径闸板 防喷器的胶芯与其他闸板防喷器的胶芯结构不同， 可变径闸板防喷器胶芯中有按一定距离嵌入的金属 骨架， 金属骨架与橡胶密封材料浇注为一体。三角 形的支撑筋呈扇形排列， 形成一个可以收张的钢环， 金属骨架承载面相互搭接， 后部相互钩连， 并将密封 橡胶包裹起来， 使密封橡胶始终处于保护状态， 能够 延长其使用寿命。骨架材质采用耐腐蚀性强的不锈 钢， 避免使用过程中锈蚀、 卡死， 保证在封井过程中 闸板胶芯的强度及封井效果。这种可变径闸板胶芯 结构是目前使用最广、 最为 先进的 形 式。如图 所示。 收稿日期： 作者简介： 栗国浩（ ） ， 男， 甘肃庆阳人， 工程师， 现从事钻井设备管理工作， ： 。 可变径闸板防喷器工作时， 在液压力的作用下 由活塞推动闸板胶芯向前移动， 闸板胶芯骨架旋转、 相互挤压使橡胶变形包围钻具， 达到封井的目的。 液缸；闸板总成；活塞；壳体。 图 单闸板防喷器结构示意 顶部密封件；闸板体；可变径闸板胶芯（ 前密封） 。 图 可变径径闸板总成 可变径闸板胶芯失效形式分析 顶部密封件的限位销脱落 ） 顶部密封件的作用是在封井时密封闸板总 成与壳体的闸板室。当闸板防喷器处于全开状态 时， 顶部密封不接触闸板室顶部密封面。当闸板防 喷器关闭时， 闸板室底部高的支承筋和顶部密封面 均有渐缓的斜坡， 能保证在达到密封位置前， 闸板总 成与壳体的闸板室间有足够的间隙， 保证闸板总成 在移动时不受摩擦力的作用。封井时闸板前密封首 先接触钻具， 顶部密封与壳体的闸板室密封面接触， 从而完成全部密封， 达到封井的目的， 此时井压起到 助封的作用。由于封井时的井筒压力相当高， 在达 到完全密封前， 顶部密封件就已经与闸板室的密封 面处于紧密接触状态。此时顶部密封面既受到挤压 应力又受到剪切应力， 浇注在顶部密封件中的限位 销在反作用力的作用下产生弯曲、 变形。如果浇注 产生的剥离强度低， 垫铁及限位销的材质强度小， 整 个垫铁及限位销就会被整体撕裂， 使其失去密封功 效。如图所示。 ） 顶部密封面的平面度、 表面粗糙度、 橡胶件 的压缩量等都是限位销钉产生脱落的影响因素。橡 胶件的压缩量小， 表面不平整而且粗糙， 这样在关闭 闸板防喷器过程中顶密封与闸板室密封面就会产生 很大的摩擦力， 导致限位销钉及垫铁扭曲、 变形甚至 撕裂、 脱落。 ） 顶部密封件安装的正确与否会影响其密封 效果、 使用寿命。如果没有正确安装顶部密封， 限位 销钉没有安装到位， 限位销钉极易损坏。 新旧顶部密封件对照 顶部密封垫铁变形 顶部密封的定位销撕裂 图 顶部密封件损坏案例 闸板胶芯橡胶开裂和老化 ） 在钻井过程中整个闸板胶芯受到钻井液的 侵泡， 变径闸板在密封钻具的过程中， 根据密封钻具 尺寸的不同， 前密封骨架受交变载荷的作用， 随着闸 板的使用时间延长及开关次数的增多， 橡胶将会出 现疲劳裂纹和老化现象。可变径闸板防喷器有一定 的使用范围， 如果超范围使用（ 钻具过小或过大） ， 都 会对可变径闸板防喷器胶芯造成过度损伤， 橡胶的 弹性会逐渐减弱， 使封井效果变差， 可靠性降低。 ） 钻井过程中使用不同种类的钻井液， 其化 学成分大不相同。同时， 在钻入不同地层时也会受 到地层中其他化学成分的侵蚀， 尤其是及 等酸性介质对橡胶的腐蚀非常严重。由于这种克刻 的环境因素， 所以在选用闸板胶芯橡胶材料时要充 分考虑， 选用性能优良的橡胶。 ） 无论是防喷器生产制造单位还是使用单位 都应严格按照胶芯的保存条件进行储存和使用。露 石 油 矿 场 机 械 年月 天、 阳光直射、 湿度环境、 与金属部件混存等这些情 况都 容易使 胶芯 老化、 缩短 使用 寿 命， 影 响 封 井 效果。 闸板胶芯前密封垫铁脱落 造成闸板胶芯前密封垫铁脱落的原因有两方 面。第一， 变径闸板防喷器关闭时前密封骨架旋转 相互挤压使橡胶变形来密封钻具， 成对的闸板前密 封上、 下垫铁之间也会相互挤压。前密封长期使用 后， 前密封垫铁与橡胶体之间结合力减小、 前密封 垫铁与连接上、 下垫铁之间的销轴的过盈配合关 系也会受到削弱， 造成前密封上、 下垫铁脱落； 第 二， 前密封橡胶因长期老化而失去它应有的弹性， 造成与前密封垫铁之间的结合力减小在外力作用 下而脱落。 闸板胶芯整体脱落 可变径闸板胶芯整体脱落， 掉入井内形成落鱼， 造成钻井事故， 这是闸板胶芯失效中最严重的情形。 当打开防喷器时， 由于其他原因使胶芯与闸板体分 开， 胶芯没有随闸板体一起回到闸板腔内， 此时如果 钻具在防喷器腔体中运动， 钻具的接箍会将胶芯带 入井筒， 形成落鱼， 造成钻井事故。主要原因有： 首 先， 胶芯与闸板体分离的前提是顶部密封的限定销 钉失去作用； 其次， 在打开防喷器时井筒压力没有 释放完全， 在高压钻井液的作用下导致闸板胶芯 脱落。带压开启防喷器是闸板胶芯整体脱落的关 键因素。 预防措施 设计与制造 ） 改进橡胶的成分配方。橡胶的配方决定橡 胶的力学性能。设计、 制造时一定要考虑橡胶的化 学成分、 压缩量、 橡胶件的尺寸精度、 形位公差、 模具 精度、 表面粗糙度等， 保证橡胶件的物理性能、 硬度、 尺寸符合设计要求。最好进行非线性有限元分析， 通过建模寻找出胶芯与钻杆之间的接触应力的分布 规律， 有针对性的采取优化措施。 ） 建立相关标准。要明确橡胶件的性能， 不 同压力、 不同使用环境对橡胶件的性能要求是不一 样的。研究、 确定相关标准， 作为橡胶件生产、 检验 的依据。 ） 选择不同种类的橡胶。针对不同钻井泥浆 及地质所含腐蚀介质的情况选用性能各异的橡胶。 例如： 可采用氢化丁腈（ ） 橡胶生产用于富含 及 地层的钻井作业用防喷器胶芯。 安装过程 ） 闸板胶芯装配。要保证各密封部位的清 洁、 胶芯、 密封件的完整， 组装场地的干净。与胶芯 接触的闸板体边缘不能有毛刺或锋利的棱角。在装 配过程中不能对胶芯进行强挤、 强压， 在确认装配尺 寸正确、 安装方式合理的前提下可用皮榔头轻轻敲 击进行装配， 如图所示。装配完成后应再次进行 确认安装是否到位。 图 胶芯的装配 ） 闸板总成安装。闸板总成一般在钻井现场 进行更换、 安装， 安装时要确保场地干净。首先， 按 照安装步骤检查阀门开关、 管线蓄能的释放等隔离 措施； 其次， 逐项确认配件规格、 型号和数量、 各种工 具， 确保闸板腔体内清洁、 无异物， 闸板总成表面干 净及顶部密封平整、 无扭曲变形。第三， 安装完成后 要经过两人确认， 然后再进行功能试验及压力测试。 功能试验不能少于次， 但不宜过多， 以免对顶部密 封造成磨损。 操作及维护检查 防喷器的操作、 使用一定要制定严格、 科学的操 作程序及定期检查制度。严禁采用打开闸板方式来 泄放井内压力。每次打开闸板前， 应检查锁紧装置 是否解锁、 解锁是否到位。打开后要检查闸板是否 全部打开以及闸板胶芯是否完全退到闸板体内。闸 板胶芯不得停留在中间位置， 以防钻具碰坏闸板胶 芯形成落鱼， 造成钻井事故。同时， 对胶芯橡胶的老 化程度、 橡胶的弹性及金属骨架的磨损情况进行仔 细检查， 如不能满足要求应及时更换胶芯。根据闸 板胶芯的入库先后、 新旧程度对库存胶芯进行编号、 造册， 应按先旧后新原则出库使用。闸板胶芯必须 存放在避光、 干燥、 恒温室内， 严禁存放于露天。胶 芯不能受弯、 受挤压， 不能接触腐蚀介质， 应在自由 松弛状态下存放于木箱或货架上。应定期检查库存 胶芯， 长时间存放而产生老化或严重变形、 有裂纹的 胶芯应及时予以报废。 第 卷 第期 栗国浩： 可变径闸板防喷器胶芯失效原因及预防措施 年 第 卷 第期第 页 石 油 矿 场 机 械 犗 犐 犔 犉 犐 犈 犔 犇 犈 犙 犝 犐 犘犕犈 犖 犜 ， （） ： 文章编号： （ ） 可互换作业杆式抽油泵研制 朱洪征 ， 陆 梅 ， 崔文昊 ， 岳潘东 ， 常莉静 ， （长庆油田分公司 油气工艺研究院； 油田开发处， 西安 ； 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室， 西安 ） 摘要： 长庆油田的油层埋藏深、 单井产量低、 油井的维护性作业量大， 应用杆式泵解决了这些油井的 深抽和作业费用高的问题。由于结构及密封方式的限制， 传统的杆式泵在调整泵径时必须起出油 管柱， 增加了修井作业的工作量和费用。研制了可互换作业的杆式抽油泵， 使得支承总成可以与不 同泵径的抽油泵配合使用。对机械卡套的结构进行优化， 统一坐封力和解封力。使用可互换作业 的杆式抽油泵， 在油井需调整泵径时无需起出油管柱， 降低了生产成本。 关键词： 杆式泵； 互换性； 支承总成 中图分类号： 文献标识码： 犱 狅 犻： 犇 犲 狏 犲 犾 狅 狆 犿 犲 狀 狋 狅 犳犚 狅 犱犘 狌 犿 狆犐 狀 狋 犲 狉 犮 犺 犪 狀 犵 犲 犪 犫 犾 犲犗 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀 ， ， ， ， ， （ 犪犗 犻 犾牔 犌 犪 狊犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲；犫犇 犲 狆 犪 狉 狋 犿 犲 狀 狋 狅 犳犗 犻 犾 犳 犻 犲 犾 犱犇 犲 狏 犲 犾 狅 狆 犿 犲 狀 狋，犆 犺 犪 狀 犵 狇 犻 狀 犵犗 犻 犾 犳 犻 犲 犾 犱 犆 狅 犿 狆 犪 狀 狔，犡 犻犪 狀 ， 犆 犺 犻 狀 犪；犖 犪 狋 犻 狅 狀 犪 犾犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋 狅 狉 狔犳 狅 狉犈 狓 狆 犾 狅 狉 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犱犇 犲 狏 犲 犾 狅 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