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(guò)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。

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(kāi)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)。

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(kāi)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：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(kāi)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(guò)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(lái)發(fā)生的方鉆桿旋塞閥斷裂事故中，多是在使用過(guò)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(guò)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(wú)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(lái)說(shuō)，試壓無(wú)壓力的原因在于閥體、閥座研磨不好;對(duì)于使用過(guò)或放置時(shí)間長(zhǎng)的舊旋塞閥來(lái)說(shuō)，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(guò)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(wú)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(kāi)旋塞球閥。

（3）從母扣端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(rùn)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(kāi)半閉，否則無(wú)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(wú)壓降，為合格。然后，打開(kāi)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(wú)壓降，部件無(wú)變形為合格。

3.5 ?專用維修工具

在修理過(guò)程中，為了方便工作，提高修理效率，減少修理時(shí)間，節(jié)省人力，制作了很多輔助工具。

（1）自制簡(jiǎn)易拉拔工具（如圖8），用來(lái)取出和組裝旋塞內(nèi)部組件

（2）自制上、下閥座取出工具（如圖9）

4、方鉆桿旋塞閥日常維護(hù)管理

4.1 ?日常庫(kù)房管理

（1）使用后的旋塞閥應(yīng)沖洗干凈后作無(wú)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(wú)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)

（1）在正常使用中，要求每天對(duì)上、下旋塞進(jìn)行開(kāi)關(guān)4—6次，從而保證其開(kāi)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(rùn)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(guò)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(jiàn)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(lái)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。

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.

（作者單位：中石化中原石油工程有限公司管具公司技術(shù)發(fā)展中心）