淺析帶壓作業防噴器對管柱的密封

摘 要:在帶壓作業技術和裝置高速發展的今天，其密封裝置的重要性越發凸顯。文章通過對國內外多種防噴器密封結構和機理的分析，借鑒國外的先進技術和經驗，指出國內防噴器密封方面現存的問題，并探討應將研發高質量的密封材料和提高防噴器變徑技術、連接技術作為其改進發展的切入點。

關鍵詞:帶壓作業 防噴器

中圖分類號:TE6文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)08(a)-0096-01目前，在石油工業生產中，為了達到安全、環保和節能，大量的應用各式各樣的密封裝置，并針對其密封結構和工作原理開展了深入的研究。近幾年來，隨著帶壓作業技術和裝置的高速發展，作為帶壓作業裝置最關鍵部分之一的密封裝置成為了研究和改進的重點。

1 國內幾種典型的防噴器

1.1 閘板防噴器

閘板防噴器針對管柱的密封結構由兩組密封副組成，一是前部膠芯和管柱外壁組成的密封副，二是頂部膠芯與殼體內腔頂面組成的密封副。閘板防噴器工作時，高壓液壓油進入液壓缸，驅動活塞連帶閘板塊向中心移動，使其前部膠芯和管柱外壁接觸并擠壓，同時頂部膠芯在井內壓力的作用下與殼體內腔頂面相接觸并擠壓。前部膠芯和頂部膠芯受壓后產生形變而形成密封，以封住井內的高壓流體。當需要將其打開時，液壓油流出液壓缸，驅動活塞連帶閘板塊由中心向兩側移動，使兩組密封副解封，通道處于打開狀態，管柱接箍或井下工具就可以順利通過。

當前部膠芯和管柱外壁形成密封時，井內流體壓力還對其有很好的助封作用，因此液控系統壓力低于井內流體壓力時就可實現密封，基于此優勢閘板防噴器多用于高壓密封。膠芯制造成本低，更換膠芯方便、快捷也是閘板防噴器的優點;但是其結構和密封機理決定了所密封管柱直徑的單一性，且膠芯磨損后不能實現自補償，使用壽命短。

1.2 環形防噴器

環形防噴器密封是由環形膠筒與管柱外壁組成的密封副來實現。具有高彈性的膠筒作為核心密封部件。當環形防噴器工作時，高壓液壓油通過進出油口進入膠筒與殼體間的密封容積，膠筒在液壓力的作用下變形膨脹，直至膠筒內壁與管柱外壁接觸并產生必要的接觸壓力，從而實現對油套環形空間的密封。當其打開時，液壓油由進出油口返回油箱，膠筒靠自身彈性恢復到原始狀態，使管柱接箍或井下工具順利通過。環形防噴器的優勢在于它所能夠密封管柱的直徑尺寸可以有一定的范圍，密封副還可以實現隨動控制。而且環形防噴器結構簡單，其膠筒具有一定的自補償能力，使用壽命較長。

1.3 錐形防噴器

錐形防噴器是由多根骨架和橡膠硫化成一體的錐形膠芯與管柱外壁組成的密封副來實現對油套環形空間的密封。當錐形防噴器工作時，帶有錐面的活塞在高壓液壓油的驅動下向上移動，擠壓膠芯聚向井口中心至實現密封。當其打開時，液壓油驅動活塞向下移動，錐形膠芯靠彈性形變恢復至原始狀態，并解封，使管柱接箍或井下工具可以通過。錐形防噴器的優點是所能密封管柱的直徑尺寸可有一定的范圍，且密封副可以實現隨動控制。但是其錐角是決定膠芯對管柱作用力的主要參數，為了防止因錐角過大導致活塞在運動中出現自鎖現象，錐角應有一上限臨界值，所以錐形防噴器的軸向結構尺寸較大。膠芯成本也較高，更換比較費時。

1.4 球形防噴器

球形防噴器密封是由半球形狀的膠芯與管柱外壁組成的密封副。當球形防噴器工作時，高壓的液壓油驅動活塞沿軸向上移動，擠壓膠芯發生徑向形變，向中心與管柱外壁接觸、擠壓，從而實現密封。當其打開時，液壓油驅動活塞向下移動，膠芯靠彈性形變恢復到原始狀態，使其解封并打開，保證管柱接箍或井下工具的順利通過。球形防噴器的膠芯磨損后可以實現自補償，使用壽命長，密封效果好，但是膠芯的成本較高，更換膠芯費時費力。

2 國外先進的防噴器

國外的防噴器經過近90年的發展，如今已經發展成多種規格的系列產品。從最初的手動閘板防噴器，發展到現在的具有高壓、大通徑、可變通徑等不同特性的液動防噴器及液動防噴器組。以下列舉兩種先進的防噴器。

2.1 變徑閘板防噴器

變徑閘板防噴器前部膠芯的孔徑在關井作用力下有較大的收縮和擴張形變，實現了用一副閘板防噴器密封一定范圍的不同規格的管柱。現已在國外應用的各種變徑閘板防噴器結構原理大致可分為兩類。一類是由多個三角形狀的支撐筋呈扇形排列，形成一個可收張的鋼環，再與橡膠密封材料硫化成一體制成前部膠芯。該類變徑閘板防噴器的優點是所密封管柱在符合的范圍內任何尺寸都可適用，缺點是當要求的密封壓力較高時橡膠容易從支撐筋的縫隙處沿軸向擠出，造成膠芯損壞。另一類是將多層同心的環板切成四個扇形部分，取代三角形狀的支撐筋。該類變徑閘板防噴器的優點是大幅減小了密封橡膠的擠出間隙，缺點是適用管柱直徑尺寸雖有一定范圍但數值固定，不適于特殊情況下使用。

2.2 新型環形防噴器

新型環形防噴器不但較原始環形防噴器增大了通徑，提高了密封范圍;還針對殼體與頂蓋的連接做了改進，普遍采用承載可靠、拆卸方便的快裝結構，如Hydril公司設計的爪塊連接結構，Shaffer公司設計的楔形連接結構，使得更換環形膠筒異常方便。

3 國內防噴器密封方面現存的問題及發展方向

現如今，國產防噴器與國外防噴器的整體水平正在逐漸接近，但是在諸多方面還存在很大差距，主要表現在:

(1)膠芯、膠筒的彈性和耐磨性差。

(2)國內現應用的環形防噴器通徑小，很多環形防噴器的通徑連常規油管掛都無法通過。

(3)現有閘板防噴器所密封的管柱直徑單一，變徑閘板技術水平落后，變徑范圍小，且性能不穩定。

(4)深入開展密封材料的研究，研制出的密封材料彈性和耐磨性較為穩定可靠，且成本較低。

(5)對變徑閘板防噴器進行研究，制造出高質量產品。

(6)研究各種防噴器的新型連接結構，以滿足方便更換密封件。

4 結語

如今，安全生產和環境保護的重要地位已經清楚的告訴我們密封膠件的質量性能和密封穩定性必然比膠件的成本控制更為重要，而新型防噴器的研發將是擴大帶壓作業應用領域和提高施工效率的關鍵切入點。

參考文獻

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