閘板防噴器氣密封性能改進(jìn)措施分析

張樹林

摘 要：防噴器是用于井口的重要設(shè)備，有著防止油井和氣井中高溫、高壓、高含硫氣體失控的作用，在油田井噴事故預(yù)防中的作用不可替代。在油田井噴事故的控制中，有閘板防噴器和環(huán)形防噴器兩種設(shè)備，本文主要對(duì)閘板防噴器進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：閘板防噴器；氣密封；改進(jìn)措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.055

0 前言

閘板防噴器是高壓油田中控制井噴事故不可缺少的設(shè)備，由殼體、活塞側(cè)門、油缸、密封件、閘板等部分構(gòu)成，閘板會(huì)因?yàn)橐簤簩?duì)活塞的作用開和關(guān)，由此便可以實(shí)現(xiàn)封閉井口的功能。我國(guó)的石油開采經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)非常成熟，擁有一套完整的作業(yè)體系，無(wú)論開采質(zhì)量還是作業(yè)中的安全性都有很好的控制。但隨著我國(guó)石油開采的不斷發(fā)展，石油天然氣的開發(fā)難度也在不斷地增加，尤其是頁(yè)巖氣的開發(fā)，對(duì)設(shè)備的性能要求更加苛刻。

1 閘板防噴器氣密封失去作用的根本原因

掛鉆具、剪鉆桿、封閉井口等是閘板防噴器的基本功能，封閉井口是其最主要的功能，閘板防噴器中共有殼體和側(cè)門、側(cè)門腔和活塞桿、閘板上部和殼體、閘板前部和鉆具、墊環(huán)和墊環(huán)槽等五處重要的密封點(diǎn)[1]。針對(duì)2FZ35-105、2FZ35-70、2FZ28-105等不同型號(hào)的閘板防噴器進(jìn)行分析得知，目前導(dǎo)致閘板防噴器氣密性失去作用的根本原因是側(cè)門和殼體以及側(cè)門腔和活塞桿之間的密封性能出現(xiàn)了問題，因此應(yīng)在這兩個(gè)方面對(duì)閘板防噴器進(jìn)行改進(jìn)。

2 閘板防噴器氣密封的密封原理

前文已經(jīng)介紹過目前在閘板防噴器中有兩個(gè)氣密封的問題，分別是側(cè)門和殼體以及側(cè)門腔和活塞桿之間的空隙，因此閘板防噴器才會(huì)失去作用。那么在對(duì)這兩項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)之前我們首先要明確它們的工作原理，從而才能在原理的基礎(chǔ)上找到改進(jìn)方式。首先是側(cè)門和殼體，閘板防噴器的側(cè)門和殼體通過螺栓連接在一起，為了保證密封性，在二者的結(jié)合處用密封件做了密封處理。這樣側(cè)門和殼體在連接螺栓的作用下緊緊的貼在一起，此時(shí)密封件由于受到擠壓而變形，變形后的密封件會(huì)完全封死側(cè)門和殼體之間的空隙，因此無(wú)論是氣體還是液體都不會(huì)從空隙處泄漏。其次是側(cè)門腔和活塞桿，同側(cè)門和殼體之間一樣，側(cè)門腔和活塞桿的連接處也有密封件，并且在活塞桿的兩端都設(shè)置了密封件，兩個(gè)密封件呈一正一反兩個(gè)方向，使用這種密封方式能夠有效防止井液壓力和液壓油壓力對(duì)閘板防噴器的影響。

3 閘板防噴器氣密封性能改進(jìn)措施

3.1 密封面

對(duì)密封面進(jìn)行改進(jìn)之前我們首先要了解其中的影響因素，針對(duì)密封面來講，我們要明確其粗糙程度和密封性之間的關(guān)系。通過對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析可以得知，如果密封面使用的材料不同，那么對(duì)粗糙度的要求也不同，例如，當(dāng)不銹鋼材料的粗糙度增加時(shí)，由不銹鋼和黃銅組成的密封面受到的壓力會(huì)非常高，而不銹鋼和丁腈橡膠的密封面受到的壓力相對(duì)較小。因?yàn)閭?cè)門的密封面是靜止的，因此如果密封面的粗糙度過高，就會(huì)造成密封件無(wú)法徹底填滿密封面，這樣當(dāng)液體或者氣體對(duì)密封面造成壓力時(shí)就會(huì)從沒有徹底被填滿的空隙處泄漏。

3.2 密封材料

當(dāng)確定了密封面粗糙度的影響之后，我們接下應(yīng)對(duì)密封材料進(jìn)行選擇，在選擇密封材料的時(shí)候我們可以根據(jù)圖1進(jìn)行分析。

通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，密封性能會(huì)隨著材料的變化而變化，如果在壓力相同的情況下，不銹鋼和黃銅的密封面的密封性能最差；其次分別為不銹鋼和聚四氟乙烯、不銹鋼和丁腈橡膠。同時(shí)此測(cè)試也對(duì)接觸面壓力和密封性的關(guān)系做了分析，當(dāng)使用不銹鋼和黃銅的密封面時(shí)，其在17.0MPa的壓力下達(dá)到百分之百密封，而不銹鋼和丁腈橡膠要達(dá)成百分之百的密封只需要5.2MPa的壓力。

另外本次測(cè)試也考慮到了橡膠透氣性對(duì)密封性能的影響，在橡膠中，如果存在側(cè)鏈基團(tuán)的話會(huì)使氣體在其中的擴(kuò)散性明顯降低。同時(shí)根據(jù)本節(jié)分析的橡膠密封性和黃銅之間的對(duì)比，當(dāng)對(duì)橡膠的密封面施加足夠壓力就使其密封性能明顯提升，以此可知，在密封材料的選擇上應(yīng)以不銹鋼和橡膠為主，同時(shí)結(jié)合橡膠的透氣性可以選擇有側(cè)鏈基團(tuán)的丁基橡膠或者是聚異丁烯橡膠等[2]。

3.3 密封寬度

右圖是在密封面使用了丁腈橡膠為密封材料，為了測(cè)試密封寬度對(duì)密封性的影響，本次分別對(duì)0.5mm、1.5mm、3.0mm的密封寬度作測(cè)試（如圖2所示）。

通過圖2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密封寬度降低時(shí)接觸比壓力相對(duì)有所增加，但是會(huì)逐漸降低增加的速度，同時(shí)選擇橡膠密封件的原則是其最大的承受壓力要大于密封位置最大接觸壓力。另外本次測(cè)試也對(duì)密封面的形狀做了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)D形的密封面要比O形的密封面性能密封性能好，D形密封面有效避免了O形密封面中密封件的位移問題，有效保證了密封性能。

3.4 小結(jié)

通過本章以上分析可以得知，對(duì)閘板防噴器氣密封性能改進(jìn)要從密封面的粗糙度、密封材料、密封寬度等方面進(jìn)行綜合選擇，密封材料要選擇有側(cè)鏈基團(tuán)的丁基橡膠、使用D形的密封面、適當(dāng)擴(kuò)大密封寬度，至于粗糙度的設(shè)置要以實(shí)際需求為準(zhǔn)，不能以一次試驗(yàn)下定論，因此不作介紹。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，筆者以一次對(duì)閘板防噴器的試驗(yàn)為基礎(chǔ)做了分析，發(fā)現(xiàn)了目前在閘板防噴器氣密性能中的問題，并且從密封面粗糙度、密封材料、密封寬度等方面對(duì)閘板防噴器氣密性的改進(jìn)做了分析，希望通過此次分析能夠提升閘板防噴器的密封性能。

參考文獻(xiàn)

[1]馬衛(wèi)國(guó)，陳婷，徐杏娟，etal.帶壓作業(yè)閘板防噴器膠芯密封性能分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2017，23（03）：103-106。