氣密封閘板防噴器特點介紹

徐源 楊文冉 王新來

摘要：防噴器是石油天然氣勘探開發過程中，保證井控安全的重要設備，能有效地控制鉆井液、氣的井涌和井噴。但對國產和進口的防噴器的氣密封性進行檢測發現氣密封性能普遍較差，不能滿足對井控裝置氣密封性能的要求。通過與防噴器廠家合作，研制了滿足氣密封閘板防噴器，解決了西南、西北地區高壓氣井開發的井控難題。本文將影響防噴器氣密封因素、特點簡單介紹，以便在氣密封防噴器檢修過程中起到指導作用。

關鍵詞：氣密封；閘板防噴器；檢修

防噴器是石油天然氣勘探開發過程中，保證井控安全的重要設備，能有效地控制鉆井液、氣的井涌和井噴。

不管設計、制造等環節多先進，防噴器最終檢驗方法是試壓，即液密封試壓和氣密封試壓。由于以前沒有對氣密封做出要求，防噴器出廠只做的液密封性能檢測。但是隨著西南、西北地區高壓油氣井的勘探開發，對井控裝備的氣密封性能提出了更高的要求。

經過對國產和進口的防噴器的氣密封性進行檢測發現氣密封性能普遍較差，不能滿足對井控裝置氣密封性能的要求。

一、防噴器氣密封失效機理

1、密封失效分析

防噴器是一種超高壓密封，共有閘板與殼體、閘板與密封管件、側門與殼體、側門與閘板活塞桿、法蘭與法蘭的鋼圈之間五道密封。其中側門與活塞桿屬于動密封，其余都屬于靜密封。

通過對氣密封試驗后的防噴器拆卸檢查，發現閘前密封、頂密封沒有損壞。但閘板活塞桿密封部分有損壞，側門骨架的密封圈全部被擠壞。

密封失效主要是密封圈失效。根據現場防噴器解體的情況來看，密封失效的主要原因是密封圈擠出失效。

密封圈是一種擠壓型密封，擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質的內壓，則不發生泄漏，反之則發生泄漏。

接觸壓力與連接件之間間隙、系統壓力、O 形圈截面形狀以及材料硬度有關。

2、影響密封因素的研究

通過分析，影響氣密封性能因素歸結以下幾個方面：

1、密封圈性能。密封圈被擠壞說明密封圈材料的抗扯斷強度、抗撕裂強度、彈性變形和硬度需要進一步提高。

2、密封圈結構尺寸。密封骨架的密封尺寸不合理，密封預應力小導致氣密封失效。

3、接觸面粗糙度及形位公差。通過檢測，發現密封骨架的平面度較差，骨架和殼體之間的間隙較大，用過的密封骨架發生變形；側門與殼體的配合面的加工采用是銑削的方式，粗糙度較高也是影響氣體密封性能之一。

4、活塞桿密封圈材料和結構不合理。

5、金屬件密封部位的防腐蝕處理。金屬密封面的表面狀態對氣密有很大影響，特別是表面有浮銹，劃傷等缺陷存在會導致密封失效。

二、氣密封防噴器特點

從浮動骨架結構、密封面加工精度、橡膠件性能、密封件結構尺寸、耐腐蝕性能等方面進行了改進。與普通防噴器比較，滿足氣密封要求防噴器具有以下特點。

1、浮動骨架密封性能提高

氣密封防噴器浮動骨架采用前后端面對稱密封結構，提高了前矩形密封圈的初始密封；同時井壓作用在側門骨架底部，井壓助封效果明顯。

2、側門密封平面加工精度提高

以前側門及殼體接觸面通過銑床進行加工，粗糙度為Ra3.2。通過大型磨床，進行機械磨洗，密封面粗糙度達到Ra0.5。

3、橡膠密封件彈性更好

經長期的正交試驗，研發新的橡膠配方。該橡膠具有高彈性及高氣密封性。

4、密封件結構更加合理

將浮動骨架端面密封圈設計為D結構，過盈量大，不易產生飛邊。同時把活塞桿密封改為加厚唇形圈，減少了積累誤差，提高了密封性。

5、耐腐蝕性能提高

對密封部位均采取了堆焊防腐層的工藝措施。具體部位為殼體腔、殼體與側門貼合的密封端面、側門的閘板軸密封件安裝孔、側門密封槽、鋼圈槽等。通過堆焊硬質合金，降低了以上各密封面的腐蝕，相對來說就是減小了密封面之間間隙，提高密封性能。見圖10、圖11。

圖10 噴焊耐腐蝕合金 圖11 噴焊耐腐蝕合金部位

（作者單位：中石化中原石油工程公司管具公司技術發展中心）