方鉆桿旋塞閥維修工藝的研究

史輝 崔海龍 王軍 汪晶晶 袁丹丹

摘要：方鉆桿旋塞閥是鉆井過程中必不可少的內(nèi)防噴工具之一。由于方鉆桿旋塞閥的使用頻率較高再加之工作環(huán)境惡劣，使用保養(yǎng)不及時(shí)或不當(dāng)操作等諸多因素的影響，所以損壞較為普遍。對(duì)于損壞的旋塞閥如能及時(shí)的進(jìn)行修復(fù)，則是節(jié)約挖潛的一個(gè)重要手段，同時(shí)也是為企業(yè)創(chuàng)效的一個(gè)基本途徑。本文介紹了方鉆桿旋塞閥結(jié)構(gòu)、工作原理及主要失效原因，在此基礎(chǔ)上制訂了一套切實(shí)可行的修理工藝方和研制了一套方鉆桿旋塞閥專用維修工具，從而提高修理效率和保證修理質(zhì)量。此外本文還給出了方鉆桿旋塞閥日常維護(hù)管理建議。

關(guān)鍵詞：方鉆桿旋塞閥;失效原因;修理工藝;旋塞閥專用維修工具。

隨著油田高壓油氣田的開發(fā)，油氣井壓力不斷增大，易發(fā)生溢流或井涌等安全事故。方鉆桿旋塞閥是必不可少的內(nèi)防噴工具，它在發(fā)生溢流或井涌時(shí)能有效防止地層流體沿鉆柱水眼向上噴出。同時(shí)，方鉆桿旋塞閥在鉆井作業(yè)中，水龍帶、高壓管匯損壞時(shí)，可關(guān)閉該裝置，進(jìn)行更換或修復(fù)。由于方鉆桿旋塞閥的使用頻率較高再加之工作環(huán)境惡劣，使用保養(yǎng)不及時(shí)或不當(dāng)操作等諸多因素的影響，所以損壞較為普遍，損壞數(shù)量也比較大。對(duì)于損壞的旋塞閥如能及時(shí)的進(jìn)行修復(fù)，則是節(jié)約挖潛的一個(gè)重要手段，同時(shí)也是為企業(yè)創(chuàng)效的一個(gè)基本途徑。然而，方鉆桿旋塞閥一經(jīng)損壞，在修復(fù)起來很不容易，特別是在球閥及閥座的取出上非常困難。為此，研究方鉆桿旋塞閥維修工藝和研制方鉆桿旋塞閥專用維修工具非常重要。

1、方鉆桿旋塞閥結(jié)構(gòu)和工作原理

方鉆桿旋塞閥是鉆柱循環(huán)系統(tǒng)中的手動(dòng)控制閥，是防止井噴的有效工具之一。方鉆桿旋塞閥分為上部方鉆桿旋塞閥和下部方鉆桿旋塞閥兩種，上部方鉆桿旋塞閥用于水龍頭下端和方鉆桿上端之間，下部方鉆桿旋塞閥用于方鉆桿下端和鉆桿上端或方鉆桿保護(hù)接頭的上端之間。用專用扳手按指示要求轉(zhuǎn)動(dòng)操作鍵90度即可實(shí)現(xiàn)開關(guān)。在鉆井作業(yè)中，為避免井噴惡性事故的發(fā)生，均應(yīng)在方鉆桿上、下兩端組接方鉆桿旋塞閥。

1.1方鉆桿旋塞閥的結(jié)構(gòu)

方鉆桿旋塞閥由以下幾個(gè)部分組成（如圖）：本體、擋圈、上閥座、球閥、下閥座、密封件、擋環(huán)、旋塞鈕、擋塊、卡簧等組成。

1.2方鉆桿旋塞閥的工作原理

方鉆桿旋塞閥密封原理是由彈簧支承球座使球定位，并使之有一定預(yù)緊，球與球座密封件緊密接觸，構(gòu)成硬密封，當(dāng)開啟時(shí)，水眼暢通，關(guān)閉時(shí)，球面將水眼全部封住，內(nèi)環(huán)空部分壓力作用在球體上，并起到一定的助封作用。使球與球座處于高壓密封狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)安全封堵鉆具水眼的作用。

2、方鉆桿旋塞閥失效原因分析

通過對(duì)已失效的旋塞閥及現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行分析研究，得出方鉆桿旋塞閥的失效形式主要有以下3大類，即：強(qiáng)度失效、轉(zhuǎn)動(dòng)失效和密封失效。

（1）強(qiáng)度失效

近年來發(fā)生的方鉆桿旋塞閥斷裂事故中，多是在使用過程中閥體本體斷裂或刺穿。斷裂原因主要是應(yīng)力集中所致。

（2）轉(zhuǎn)動(dòng)失效

方鉆桿旋塞閥轉(zhuǎn)動(dòng)失效即球體旋轉(zhuǎn)不動(dòng)，它是旋塞閥失效的一種重要形式。造成失該效的原因有以下幾種情況：球體與閥座間的摩擦力矩過大、球體或閥座發(fā)生嚴(yán)重銹蝕、閥座發(fā)生了嚴(yán)重的塑性變形、球體與閥座之間卡住了固體顆粒。

（3）密封失效

方鉆桿旋塞閥的密封在其應(yīng)用中主要由三部分組成，一是閥體、上、下閥座與本體之間的密封;二是閥球與閥座之間的密封;三是旋鈕與閥體旋鈕孔之間的密封?，F(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，方鉆桿旋塞閥密封失效主要表現(xiàn)為主密封件即閥球與閥座密封失效而導(dǎo)致試壓無壓力。究其原因，主密封是金屬與金屬之間的硬密封，對(duì)新閥來說，試壓無壓力的原因在于閥體、閥座研磨不好;對(duì)于使用過或放置時(shí)間長(zhǎng)的舊旋塞閥來說，，其原因主要在于閥體與閥之間有結(jié)渣或銹蝕顆粒物卡住而建立不起初始?jí)毫Α?/p>

3、方鉆桿旋塞閥的維修工藝

通過對(duì)回收的方鉆桿旋塞閥的維修發(fā)現(xiàn)，目前造成旋塞閥失效的主要有兩方面，一是回收后未能及時(shí)對(duì)密封件進(jìn)行保養(yǎng)，造成內(nèi)部生銹無法轉(zhuǎn)動(dòng);二是施工中泥漿腐蝕，原因是密封失效和腐蝕失效。針對(duì)這兩種情況，我們對(duì)損壞的旋塞閥進(jìn)行了針對(duì)性的修復(fù)。

3.1 ?拆卸步驟

（1）使用清洗機(jī)用清水清洗旋塞本體及內(nèi)部閥件，并清洗旋塞閥表面、閥體、螺紋，去除其內(nèi)外所有污垢。（2）打開旋塞球閥。（3）從母用卡簧鉗卸去彈簧或螺旋擋圈。（4）用自制專用工具將閥芯及零件一一取出：取出襯套，用專用工具拉住下閥座，取出卡環(huán)，密封環(huán)，擋塊，上閥座，球閥，旋鈕撥塊，下閥座，密封環(huán)，彈簧。（5）取下所有“O”形圈及密封件。

3.2 ?檢修步驟

（1）將本體內(nèi)腔及全部零件用柴油清洗干凈，以便檢查修理。（2）剛性擋圈，擋環(huán)，擋塊，若有銹蝕用砂布打磨光潔，有嚴(yán)重被損壞的要更換新件。（3）上閥座、球形閥芯、下閥座若有銹蝕用砂布打磨光潔，密封面用精研磨膏，三件組合配合研磨，使表面粗糙度達(dá)Ra0.05mm。沖蝕或銹蝕嚴(yán)重，達(dá)不到研磨要求的必須進(jìn)行更換。（4）下閥座彈簧銹蝕嚴(yán)重，產(chǎn)生疲勞彈力不夠，則更換新件。（5）更換全部“O”形圈及密封件。

3.3 ?裝配步驟

（1）裝配時(shí)在本體內(nèi)孔中及各零件上均勻涂抹潤滑脂。（2）將所有密封件及“O”型圈安裝到位。（3）裝配時(shí)用自制專用工具，按拆卸相反順序進(jìn)行裝配。注意：拆卸和組裝球閥限位塊時(shí)，應(yīng)使球閥轉(zhuǎn)動(dòng)45度，使球閥處于半開半閉，否則無法拆卸或安裝限位塊。

3.4 ?試壓檢驗(yàn)

首先，關(guān)閉球閥，從下端施加規(guī)定的壓力，觀察上端，以檢查其密封性;停泵后15分鐘而無壓降，為合格。然后，打開球閥，從公扣端施加額定的工作壓力，另一端接接頭封閉，檢查主體的強(qiáng)度，停泵后15分鐘而無壓降，部件無變形為合格。試壓過程如圖7所示

4、方鉆桿旋塞閥日常維護(hù)管理

4.1 ?日常庫房管理

（1）使用后的旋塞閥應(yīng)沖洗干凈后作無損檢測(cè)和壓力密封試驗(yàn)，合格的兩端螺紋涂抹防銹、防蝕脂存放于通風(fēng)干燥處，以備下次再用。（2）無損檢測(cè)和壓力密封試驗(yàn)有一項(xiàng)不合格的旋塞閥必須拆卸更換零件，組裝后作試驗(yàn)，合格后按上一條執(zhí)行。（3）按照現(xiàn)在的井控規(guī)定，存放期滿三個(gè)月的，需再次進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，否則不得發(fā)放給井隊(duì)使用。

4.2 ?井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)上需要哪些維護(hù)保養(yǎng)

在正常使用中，要求每天對(duì)上、下旋塞進(jìn)行開關(guān)4—6次，從而保證其開關(guān)靈活性。（2）在不使用時(shí)，要及時(shí)從方鉆桿上將其卸下，并用清水將其內(nèi)、外污垢清洗干凈，晾干后涂抹上潤滑油，放于干燥處存放，以備后用。（3）對(duì)使用已失效或者到期的上、下旋塞，需交回公司進(jìn)行修復(fù)檢驗(yàn)，達(dá)到再使用標(biāo)準(zhǔn)后方可再使用。

5、結(jié)論

（1）方鉆桿旋塞閥是鉆井過程中重要的內(nèi)防噴工具之一，可以確保鉆井安全順利實(shí)施。（2）由于方鉆桿旋塞閥工作環(huán)境惡劣及使用數(shù)量較多，所以損壞較多也很普遍，損壞的形式主要有三種，現(xiàn)場(chǎng)常見的損壞方式是密封失效和旋轉(zhuǎn)失效。（3）在旋塞閥修理時(shí)，制訂了一套切實(shí)可行的修理工藝從而來保障修理質(zhì)量。（4）為了提高修理效率和修理質(zhì)量，自制了專用修理工具。（5）對(duì)于旋塞閥，應(yīng)該做好庫房保管和現(xiàn)場(chǎng)正確使用及維護(hù)保養(yǎng)工作，可以降低其損壞率。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝娟，王德玉，李才良. 方鉆桿旋塞閥的失效與受力分析[J]. 石油礦場(chǎng)機(jī)械2007：49～51.