頂驅IBOP閥國產化

蒲盛波

摘 要：頂部驅動裝置（簡稱頂驅）是鉆井作業中一個非常重要、集成化很高的設備，在鉆井作業中既能增加鉆井效率，同時在出現井下復雜情況時能迅速反應控制井口，避免或降低井下事故的發生。

關鍵詞：頂驅;IBOP;閥;國產化

引 言

西江24-3B&惠州25-8平臺使用的加拿大CANRIG1250AC-681頂驅配備上、下IBOP閥。上、下IBOP閥屬于頂驅裝置內置的井控部件，同時也是頂驅裝置的一種易損件。在現場使用過程中存在不可避免的腐蝕和磨損，因而更換和檢修頻率較高。為此深圳作業公司依托國內IBOP閥廠家（重慶胤合）對該IBOP閥進行可靠性分析并提出國產化改造意見，該閥完成國產化改造后，于2018年在西江24-3B平臺投入使用，工作正常，使用效果良好。

1、項目概況

頂驅上、下IBOP閥屬于頂驅裝置內置的井控部件，同時也是頂驅裝置的一種易損件。在現場使用過程中因腐蝕和磨損的原因，更換檢修頻率較高。該閥屬進口備件，具有價值高、采購周期長等缺點。計劃根據原廠IBOP閥的外觀尺寸和現有執行機構對該閥進行國產化改造，最大程度降低作業成本。經過現場的安裝使用，國產化改造后的上、下IBOP閥使用效果良好，具有較高的推廣價值。

2、頂驅IBOP閥國產化改造

2.1結構的改進

CANRIG1250AC-681采用整體提籠式結構，將閥球、上下閥座、及波形彈簧裝于一體后再裝入閥體，結構中自帶閥開關執行機構，這種結構其優點是便于更換修理包，但其具有一定的缺點。國產化改進后的IBOP閥閥球、上下閥座為獨立式結構，具有如下特點：

閥芯、閥座、閥球能承受105MPa高壓，強度和承壓能力均高于原產CANRIG閥球閥座。

波形彈簧安裝于下閥座上下兩道密封為位置之間，與通道泥漿不接觸，使波簧永久具有彈性。

閥球閥座的密封副為硬密封，且經特殊表面處理，能承受105MPa高壓的能力，在含顆粒雜質工礦下不會被拉傷。

2.2工藝特性的改進

2.2.1核心部件閥芯、閥座

國產化的IBOP閥的閥球閥座采用高強度鋼本體（基體）+雙相WT鎢鈦合金表層（耐磨層）+表面降摩耐腐處理（減摩阻層），表面為黑色。

2.2.2閥開關執行機構

國產化的IBOP閥體執行機構閥桿及閥桿套采用高級不銹鋼材料經特殊熱處理具有極高的強度及硬度、保證了閥桿六方孔受強力不打滑及高抗海水等腐蝕能力。采用高硬度特殊硬塑減摩墊滿足海水的腐蝕的能力及承受105MPa工作壓力的能力。

2.3國產化IBOP閥性能測試

2.3.1低扭矩性能測試

2.3.1.1對比試驗

國產化IBOP與HYDRIL旋塞閥、VARCO頂驅IBOP 、VAM旋塞閥對比測試公司產品的開關扭矩值為最低。

2.3.1.2頂驅IBOP產品單壓差扭矩值自測及第三方測試

測試結果保證了生產鉆井作業中可順利實現帶壓開啟和關閉。

2.3.2 耐磨性試驗及產品壽命

試驗介質：IBOP腔內注滿井隊使用的PH值11，密度1.7含砂2.5%的泥漿介質，并將泥漿配制為含5%的鹽。

試驗方法：空載手動開關100～200或300次→高低壓密封試驗→單壓差開啟IBOP→循環動作至密封失效。

主要檢測IBOP核心密封組件-雙相鎢鈦閥球、閥座及閥桿密封件、上下閥座密封件的密封性能、耐磨性能及低扭矩性能。

空載開關頻次 高壓試驗（MPa） 低壓（MPa） 單壓差開啟值（MPa） 密封滲漏

試驗值 壓降 試驗值 壓降

0～3600 20余次均值71.3 0.2～0.6 20余次1.7～2.11 0 20次24.5～52.15 無

3600（終） 82 -0.4 1.88 0 35 無

試驗結果：總計空載開、空載關各3600次，20余次循環的高壓單壓差試驗，IBOP試壓未出現泄漏。單壓差52MPa可手動開關，其力矩值小于1500N.M。

2.3.3耐腐蝕性能試驗

經降摩阻表處理的閥芯閥座放置于PH值11，密度1.7含砂2.5%含5%的鹽的泥漿試驗介質中，每5日取出觀察其腐蝕情況。半年間閥芯閥座任保持亮黑色，無銹蝕、腐蝕斑點出現。

2.3.4國產化IBOP產品獨特性能

1.高壓差而低扭矩，單人能自如開關旋塞閥、IBOP是國產化產品最大特點。頂驅IBOP可在52MPa工作壓差下單人開關。

2.產品的高耐磨性、耐沖蝕性、使用壽命長是IBOP的第二大特性。產品在鉆井工礦3600～1000次以上開關循環保持正常使用，工作使用壽命可達1年以上，使用壽命較目前國內平均提高5-10倍以上。

3.產品對酸堿鹽的高耐腐蝕性是第三大特性。產品全部零件通過特殊熱處理及表面強化耐腐處理技術使產品具有較好的抗H2S等腐蝕的能力。其中閥球閥座防腐能抗HH級，完全適用與海上作業。

3、國產化改造后頂驅IBOP閥現場使用效果及經濟性評估

在完成頂驅IBOP閥國產化改造后，到目前為止，西江24-3B平臺共進行了B13井棄井及鉆井、B6井大修井、B3井修井等作業。在鉆修井作業中，國產改造的頂驅IBOP閥組均工作正常，使用效果良好。在質量可靠性方面，可以確定國產化改造的頂驅IBOP組完全可以替代原廠CANRIG進口的IBOP組。

經過簡單分析，國產化后單次采購成本降低近30%，供貨期縮短近90%，極大提高了后勤響應速度，大幅降低庫存水平。上述項目在深圳片區全面推廣后，片區9套同型號頂驅每年預計可節約費用近20萬元。

參考文獻

[1] 田玉棟，楊決算，宋瑞宏，等.新型頂驅IBOP的優化設計與試驗[J].新疆石油天然氣，2017，013（001）：90-93.

[2] 張勇，蘇麗靜.頂部驅動裝置IBOP的改進與維護[J].科學時代，2011，000（008）：91-92.