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境惡劣，使用保養不及時或不當操作等諸多因素的影響，所以損壞較為普遍。對于損壞的旋塞閥如能及時的進行修復，則是節約挖潛的一個重要手段，同時也是為企業創效的一個基本途徑。

關鍵詞：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，油氣井壓力不斷增大，易發生溢流或井涌等安全事故。方鉆桿旋塞閥是必不可少的內防噴工具，它在發生溢流或井涌時能有效防止地層流體沿鉆柱水眼向上噴出。同時，方鉆桿旋塞閥在鉆井作業中，水龍帶、高壓管匯損壞時，可關閉該裝置，進行更換或修復。

1、方鉆桿旋塞閥結構和工作原理

方鉆桿旋塞閥是鉆柱循環系統中的手動控制閥，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接頭的上端之間。用專用扳手按指示要求轉動操作鍵90度即可實現開關。在鉆井作業中，為避免井噴惡性事故的發生，均應在方鉆桿上、下兩端組接方鉆桿旋塞閥。

1.1方鉆桿旋塞閥的結構

方鉆桿旋塞閥由以下幾個部分組成：本體、擋圈、上閥座、球閥、下閥座、密封件、擋環、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，并使之有一定預緊，球與球座密封件緊密接觸，構成硬密封，當開啟時，水眼暢通，關閉時，球面將水眼全部封住，內環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，實現安全封堵鉆具水眼的作用。

2、方鉆桿旋塞閥失效原因分析

通過對已失效的旋塞閥及現場資料進行分析研究，得出方鉆桿旋塞閥的失效形式主要有以下3大類，即：強度失效、轉動失效和密封失效。

（1）強度失效

近年來發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。 斷裂原因主要是應力集中所致。

（2）轉動失效

方鉆桿旋塞閥轉動失效即球體旋轉不動，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、球體或閥座發生嚴重銹蝕、閥座發生了嚴重的塑性變形、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。現場觀察發現，方鉆桿旋塞閥密封失效主要表現為主密封件即閥球與閥座密封失效而導致試壓無壓力。究其原因，主密封是金屬與金屬之間的硬密封，對新閥來說，試壓無壓力的原因在于閥體、閥座研磨不好;對于使用過或放置時間長的舊旋塞閥來說，其原因主要在于閥體與閥之間有結渣或銹蝕顆粒物卡住而建立不起初始壓力。

3、方鉆桿旋塞閥的維修工藝

通過對回收的方鉆桿旋塞閥的維修發現，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對密封件進行保養，造成內部生銹無法轉動;二是施工中泥漿腐蝕，原因是密封失效和腐蝕失效。針對這兩種情況，我們對損壞的旋塞閥進行了針對性的修復。

3.1 ?拆卸步驟

（1）使用清洗機用清水清洗旋塞本體及內部閥件，并清洗旋塞閥表面、閥體、螺紋，去除其內外所有污垢。

（2）打開旋塞球閥。

（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，密封環，擋塊，上閥座，球閥，旋鈕撥塊，下閥座，密封環，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，擋塊，若有銹蝕用砂布打磨光潔，有嚴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Ra0.05mm。沖蝕或銹蝕嚴重，達不到研磨要求的必須進行更換。

（4）下閥座彈簧銹蝕嚴重，產生疲勞彈力不夠，則更換新件。

（5）更換全部“O”形圈及密封件。

3.3 ?裝配步驟

（1）裝配時在本體內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）裝配時用自制專用工具，按拆卸相反順序進行裝配。

注意：拆卸和組裝球閥限位塊時，應使球閥轉動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

首先，關閉球閥，從下端施加規定的壓力，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，檢查主體的強度，停泵后15分鐘而無壓降，部件無變形為合格。

3.5 ?專用維修工具

在修理過程中，為了方便工作，提高修理效率，減少修理時間，節省人力，制作了很多輔助工具。

（1）自制簡易拉拔工具（如圖8），用來取出和組裝旋塞內部組件

（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管理

4.1 ?日常庫房管理

（1）使用后的旋塞閥應沖洗干凈后作無損檢測和壓力密封試驗，合格的兩端螺紋涂抹防銹、防蝕脂存放于通風干燥處，以備下次再用。

（2）無損檢測和壓力密封試驗有一項不合格的旋塞閥必須拆卸更換零件，組裝后作試驗，合格后按上一條執行。

（3）按照現在的井控規定，存放期滿三個月的，需再次進行試壓檢驗，否則不得發放給井隊使用。

4.2 ?井隊現場上需要哪些維護保養

（1）在正常使用中，要求每天對上、下旋塞進行開關4—6次，從而保證其開關靈活性。

（2）在不使用時，要及時從方鉆桿上將其卸下，并用清水將其內、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）對使用已失效或者到期的上、下旋塞，需交回公司進行修復檢驗，達到再使用標準后方可再使用。

5、結論

（1）方鉆桿旋塞閥是鉆井過程中重要的內防噴工具之一，可以確保鉆井安全順利實施。

（2）由于方鉆桿旋塞閥工作環境惡劣及使用數量較多，所以損壞較多也很普遍，損壞的形式主要有三種，現場常見的損壞方式是密封失效和旋轉失效。

（3）在旋塞閥修理時，制訂了一套切實可行的修理工藝從而來保障修理質量。

（4）為了提高修理效率和修理質量，自制了專用修理工具。

參考文獻

[1] 謝娟，王德玉，李才良. 方鉆桿旋塞閥的失效與受力分析[J]. 石油礦場機械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發展中心）