閘板防噴器氣密封性能改進(jìn)措施分析

1、    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/ki.37-1222/t.2019.07.0550 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。我國的石油開

2、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

3、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，因此無論是氣體還是液體都不會(huì)從空隙處泄漏。其

4、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

5、如果密封面的粗糙度過高，就會(huì)造成密封件無法徹底填滿密封面，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

6、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

7、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