手动快换闸板防喷器研制与应用

吕海龙，韩书祥，范晓贤，笈 业

（胜利油田胜机石油装备有限公司，山东东营257067） ＊

手动快换闸板防喷器研制与应用

吕海龙，韩书祥，范晓贤，笈 业

（胜利油田胜机石油装备有限公司，山东东营257067）＊

手动双闸板防喷器是修井过程中使用的一种重要设备，其壳体和侧门的连接多为螺栓连接并采用端面密封，侧门重，现场拆卸、安装螺栓费力，更换闸板困难，辅助生产时间长，劳动强度大。为此研制出一种手动快换闸板防喷器，其壳体和侧门采用T形挂钩连接，侧门密封采用外圆密封，侧门质量轻，拆卸、更换闸板方便、省力，密封安全可靠。

防喷器；快换闸板；T形挡板；复合管柱

随着石油工业的发展，深井和复杂井的数量越来越多，复合管柱的油井比例大幅度上升。根据采油工艺的要求，油管管柱由2～3种规格的油管组成，即上部采用大直径的油管，下部采用小直径的油管，作业时多采用双闸板防喷器，而且需要现场更换闸板以适应不同直径管柱的需要。目前，修井用闸板防喷器壳体和侧门的连接多为4或8条螺栓的连接方式，且侧门密封多为端面密封，此结构形式的连接和密封有诸多不足之处。例如：拆卸侧门螺栓更换闸板费时费力；侧门螺栓拆卸频率高，壳体和螺栓的螺纹容易损坏，降低防喷器的使用寿命；端面密封导致壳体的高度增加，不利于修井作业［1－5］。为此，胜利油田胜机石油装备有限公司研制出2SFZ（K）18－21型和2SFZ（K）18－35型手动快换双闸板防喷器（已获国家实用新型专利，专利号：200920031002.1），解决了常规防喷器在使用、维修过程中的不足。

1 技术分析

1.1 结构

手动快换闸板防喷器主要由壳体、闸板总成、闸板轴、长圆形侧门、T形挡板、锁紧轴、轴承盒等组成。2SFZ（K）18－35型手动快换闸板防喷器结构如图1所示。

图1 2SFZ（K）18－35型手动快换闸板防喷器结构

1.2 工作原理

防喷器上腔装有半封闸板总成，下腔装有全封闸板总成，当井内有油管管柱时，用专用扳手顺时针旋转上腔锁紧轴，锁紧轴将闸板轴、闸板总成推向井口中心，致使胶芯前密封弧形部分与油管管柱、左右闸板胶芯前密封平面部分紧密接触［6］；在井压作用下，胶芯顶部橡胶与壳体顶部紧密接触，从而实现密封管柱、封闭井口的功能［7］。下腔全封工作原理和半封类似。

修井作业中需要更换闸板总成时，在壳体上卸下T形挡板固定螺钉，从壳体的T形槽内抽出2块T形挡板，用手抱住轴承盒总成，拔出侧门、闸板轴、闸板总成，从闸板轴上卸下闸板总成，更换上新的、与管柱直径相匹配的闸板后，将闸板总成、闸板轴、侧门插入到壳体的长圆形腔内，将T形挡板插入到壳体的T形槽内，然后安装挡板螺钉固定T形挡板，实现快速更换闸板。

1.3 创新设计

1.3.1 新型侧门结构

侧门一端为长圆盘形结构（如图2），另一端为圆筒形结构。长圆盘端装入壳体内，长圆盘外周上有O形圈密封槽，槽内装有O形密封圈，与壳体内腔配合实现密封。由于侧门与壳体之间由长圆盘外周的O形圈密封，改变了原有防喷器侧门端面密封的结构型式，从而使密封结构更加简单，密封可靠性大幅提高。

1.3.2 T形挡板

如图3所示，T形挡板为对开式，开合部分为半圆形并与侧门圆筒部分相配合，侧门长圆盘部分装入壳体后，壳体上有T形槽，侧门由T形挡板固定在壳体上，改变了由螺栓固定侧门的结构，省去了螺栓及装、拆螺栓带来的麻烦，使更换闸板快捷、方便、省力。

图2 长圆形侧门结构

图3 T形挡板结构

1.4 主要技术参数

公称通径 ∅180mm

额定工作压力 35MPa

强度试验压力 52MPa

工作温度 －29～121℃

关闭闸板旋转圈数 15圈

闸板规格 2″、2″、3″、全封

密封垫环 R46

1.5 性能特点

1） 现场更换闸板方便。不需要拆卸、安装螺栓，只需插入或拔出2块T形挡板，并且防喷器侧门、闸板总成、闸板轴、轴承盒总成的质量仅为普通防喷器的2／5，使现场更换闸板快捷，大幅降低了操作工人的劳动强度，缩短修井作业辅助时间，提高了工作效率。

2） 侧门密封可靠。侧门密封采用外圆密封，O形圈和壳体间有适当的过盈量，将O形圈普通圆形密封原理应用到长圆形上，与普通防喷器端面密封相比，密封可靠性大幅提高。

3） 减少易损件，延长使用寿命。侧门和壳体采用挡板连接，挡板具有很高的强度和刚度，不会发生剪切、变形等情况，与普通防喷器相比，避免了壳体、侧门螺栓上螺纹易损坏等缺点，可延长防喷器的使用寿命。

4） 降低了整体高度，有利于现场作业。由于侧门密封采用外圆密封，侧门和壳体采用T形挡板的连接形式，从而降低了防喷器整体高度，给现场操作带来很大的方便。

2 试验与现场应用

研制的2SFZ（K）18－21型和2SFZ（K）18－35型2种快换闸板防喷器，出厂前严格按照API Spec 16A和GB／T20174标准进行每一项出厂试验。以2SFZ（K）18－35型快换闸板防喷器为例进行密封试验，其半封压力曲线如图4所示。低压1.4～2.1 MPa，保压10min；高压35MPa，保压10min，均无渗漏，高压压降为0.2MPa［8］，均满足标准要求。

图4 2SFZ（K）18－35型快换闸板防喷器半封压力曲线

快换闸板防喷器试制成功后，在河南油田春光作业区进行多次修井作业，闸板更换方便、省时、省力，受到用户好评。目前，该产品已投入批量生产，产品销往新疆等油田。

3 结论

1） 快换闸板防喷器实用性强，更换闸板简单快捷，劳动强度低，工作效率高。

2） 易损件少，维修工作量小，避免了防喷器壳体与侧门连接螺纹孔有严重损坏时，因无法修复而造成设备报废。

3） 降低了防喷器整体高度，给现场作业需要连接其他设备时留出高度空间，便于现场操作，具有很好的推广应用前景。

［1］ 姚胥源，武刚峰.CAE技术在防喷器结构设计中的应用［J］.石油矿场机械，2011，40（7）：60－63.

［2］ 孟庆荣，郑传周，翟桂新，等.2FZ54－35型双闸板防喷器壳体优化设计［J］.石油矿场机械，2011，40（1）：63－66.

［3］ 马永刚，丁晓鹏，李国宏，等.石油钻机用防喷器装卸系统研制及应用［J］.石油矿场机械，2010，39（12）：64－67.

［4］ 王锡洲，付玉坤，朱海燕，等.闸板防喷器胶芯密封及损坏机理分析［J］.石油矿场机械，2010，39（2）：16－18.

［5］ 刘 峰，綦耀光，战传香.滩海油田修井作业防喷器设计研究［J］.石油矿场机械，2009，38（3）：39－45.

［6］ 肖力彤，宋振华，郑 泳，等.Cameron结构的防喷器壳体有限元分析［J］.石油矿场机械，2010，39（2）：38－40.

［7］ 张宝生，陈家庆.可变径闸板防喷器结构研究［J］.北京石油化工学院学报，2005（3）：56－60.

［8］ API Spec 16A，钻通设备规范［S］.3版.2004.

R ＆D of Ram BOP with Manual Fast Changing Rams

LV Hai－long，HAN Shu－xiang，FAN Xiao－xian，JI Ye
（Shengji Petroleum Equipment Co.，Ltd.，Shengli Oilfield，Dongying257067，China）

Manual double－ram BOP is the main equipment in well repairing operation.Its housing and side door are connected with bolts and face seal，thus it takes time and heavy labor for the heavy side door assemble and disassemble（bolting on and off），and ram changing.A new design manual fast changing ram is developed，its housing and side door using“T”hanging joint with out doom sealing for side door.The side door is light for easy assemble and disassemble，saving time and labor.

BOP；fast changing ram；“T”block plate；complex tube column

1001－3482（2012）03－0071－03

TE931.1

A

2011－09－13

项目来源：国家实用新型专利（200920031002.1）

吕海龙（1978－），男，内蒙古赤峰人，工程师，主要从事井控产品的研发工作，E－mail：lhl19998＠sina.com。