井口裝置閘閥檢測裝置的研究

李雪野，姜 超

（中國石油渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司，遼寧盤錦 124000）

0 引言

隨著我國經濟的發展以及工業化的推進，石油開采成為國家高度重視的一項工作。井口裝置是油氣開采工程中的一個重要設備，它主要是由套管頭、油管頭、采油樹、閘閥等部分組成，可以控制井口的壓力以及根據實際采集情況來調整井口的采集流量。閘閥是井口裝置的一個重要部件，直接影響井口裝置的安全性，只有時刻監測閘閥的工作狀態并確保其正常工作，井口裝置才能更好地順利運行。

1 井口裝置和閘閥檢測裝置概述

井口裝置是一種在油氣生產中廣泛應用的裝置，它的工作情況關系到油氣采集工作的效率以及安全性。隨著我國對于石油需求量的增加，油氣采集行業要求井口裝置和閥門要不斷改進自身安全機制，提高其自身的安全性和高效性。總體上，井口裝置目前研究的發展方向主要是降低設備的占地面積和自身重量，旨在讓整個設備組更加輕便靈活。從結構方面看，閘閥也是重點改進的部分，一方面要加強平行閘閥的適用性，另一方面也要進行產品可靠性分析和研究。

閘閥通過閥座與閘板之間的接觸密封，通常在其表面上添加一些額外的材料以增加耐性。閘閥只有打開和關閉兩種狀態，打開和關閉的部分稱作閘門，它的運動方向與流體方向是互相垂直的關系。閘閥有很多種類型，主要分為剛性閘門和彈性閘門兩大類。楔形閘閥的閘門通常是一個完整的裝置，稱為剛性閘門；也可以制成可以產生輕微變形的在后續過程中去提高其精確性，稱為彈性閘門。閘閥一旦關閉則密封面只能用中壓密封，也就是說，閘閥的密封面需要利用壓力壓到其底座上，而底座一般位于其相反側，這是為了保證其絕對密封。大多數閘閥被迫密封，即當閥門關閉時應可以施加力量將閘板向閥座推進來保證密封性。撞錘具有兩個密封面，閘閥的兩個密封表面形成楔形。當介質溫度不高時，楔角隨閥門參數而變化，通常為5°或2°52′。

閘閥與閥桿同時向相同方向平行運動，稱為提升閥桿閘閥，也稱為上升閥桿閘閥。通常提升桿上具備梯形螺紋這樣可以讓閥頂部的螺母和閥體上的導向槽的運動從旋轉運動變為線性運動，即將操作轉矩變為工作推力。當閥門打開時滑枕的提升高度與直徑相同時，流體通道呈現無障礙的狀態，但在操作過程中無法正確鎖定此位置。在實際使用過程中，閥桿的頂點起到定位作用，即無法打開的位置用作其全開位置。為了考慮溫度變化的鎖定現象，通常先打開到頂部位置，然后向后1/2～1轉動，作為完全啟動的定位標準。因此，閥的全開定位標準由柱塞的位置來確定。

一些閘閥的閥桿螺母與閘閥是連通的，即齒輪帶動閥桿進行旋轉，從而使閘閥抬起，這種閥稱為旋轉閥桿閘閥。

2 閘閥檢測的重要性

井口裝置是密封井下流體的首個通道，其質量直接影響整體設備的安全性。按照國家標準對于閘閥檢測的具體要求，本文研究了井口裝置閘閥檢測裝置來滿足國家標準規定的監測實驗，并滿足了其綜合測試要求。如溫度、壓力、機械等各項檢驗指標都可以滿足測試要求的設備完整性和耐壓性能，油氣采集工作的工作環境往往是很極端的，經常會出現一些極端的天氣，油氣采集的工作環境溫度為-60～50 ℃，有時還會面臨高達138 MPa的高壓且具有腐蝕性的流體的侵蝕。作為密封井下流體的第一個通道，閘閥直接關系著眾多的安全事故，如閥體、螺紋、密封盒的泄漏以及閥座的密封等，其關鍵性不言而喻。

3 總體方案設計

為了滿足國家標準對閘閥檢測的要求，本文設計了一系列整體測試方案。其中的測試項目主要有閥開度和操作扭矩，而且是在室溫下進行160 次動態測試、在最高溫度下進行20 次，在最低溫度下進行20 次，在高溫下進行閥體和閥座的測試，在低溫下進行氣壓測試，在室溫下進行壓力溫度循環等。

3.1 聯軸器的選擇

聯軸器是連接兩個軸或兩個軸與旋轉部件的裝置，在傳遞運動和動力的過程中一起旋轉，并且在正常情況下不會分離。在很多情況下聯軸器也被用來充當安全裝置，這是為了防止所連接的部件受到太大的外力擠壓，同時可以起到過壓緩沖的效果。它用于以不同的機構牢固地連接驅動軸和從動軸保持同步旋轉，有時也用來連接軸和其他零件（如齒輪、皮帶輪等），聯軸器可以在這些彼此連通的設備間并傳遞運動和扭矩。它通常由兩個部分組成，分別通過鍵或緊配合連接，并固定在兩個軸端，然后將兩部分進行連接。聯軸器同樣可以補償由于裝配過程中的誤差導致的偏移，最大限度地降低人為操作造成的誤差，同時減小連接設備受到的沖擊。

目前市場上所售的聯軸器是標準件，這意味著其安全性和穩定性已經經過了很多檢驗，所以只需要正確選擇聯軸器的類型，在設計時根據情況選擇聯軸器的型號和尺寸即可。為保險起見也可以檢查并計算一些容易發生外力碰撞的部位的承壓能力，當速度較高時檢查并計算外緣的離心力和彈性元件的變形，并檢查平衡。聯軸器可分為剛性聯軸器和柔性聯軸器兩種，其中剛性聯軸器由于其特性往往不具有調整誤差的效果，因此需要將軸保持平齊。這種聯軸器成本低，拆裝方便，常見的有套筒聯軸器和殼體聯軸器等。

聯軸器又可分為兩種，分別是無彈性元件的聯軸器和有彈性元件的聯軸器，前者比后者的補償誤差能力稍遜一籌，但成本更具優勢。常見的有滑塊聯軸器、齒輪聯軸器、萬向聯軸器和鏈條聯軸器，它們同時具有補償位移和減小振動的能力，并且具有緩沖作用，但是受到彈性元件強度的限制，這些聯軸器傳遞的扭矩通常不如沒有彈性元件的聯軸器。除了液壓馬達振動外，還應選擇具有補償性能和緩沖性能的彈性銷聯軸器。由于閘閥往往由夾緊裝置固定，并且扭矩傳感器被固定在支架上，以確保安裝同心度扭矩傳感器和閘閥的閥桿的最大直徑不超過0.05 mm，所以需要在裝置中添加萬向聯軸器作為補償裝置，以確保閘閥在不停切換周期時可以持續保持對準狀態。為了使用一套液壓系統，將滿足要求的基本液壓回路和輔助組件有機地結合起來，形成測試裝置所需的液壓系統。

在測試時，如果已經滿足了性能鑒定測試條件的全部要求，此時根據閘閥和吊架的性能來啟動鑒定程序，最后根據鑒定程序的結果將試件安裝在專用試驗箱中。這種專用試驗箱是一種步入式高低溫環境的試驗箱，裝置所有試件的溫度循環測試均在此溫度試驗箱進行，氣壓循環測試則由氣壓升高系統和高壓管道系統實現，閥門則是由油泵和油電機的氣體收集系統實現了對室溫下氣體泄漏的檢查，低溫防爆措施和程序實現了人員和設備的安全防護。

根據以上的實驗裝置和步驟，井口設備的閘閥檢測裝置可以很好地滿足國家標準的一些檢測條件，并初步實現了溫度、壓力、機械等幾個重要方面的綜合測試要求，這套檢測裝置可以很好地幫助閘閥完成密封安全性檢測。

3.2 檢測部位的選擇

閘閥的檢測過程有自己的標準，檢測部位也有一套完整的流程，一般來說應進行以下3 個檢測工作。

（1）檢查閘閥的閥體以及閥蓋是否存在大面積的腐蝕，如果有則應該對閥體閥蓋進行內外的除銹工作，除銹以后銹跡的厚度應該減少約25%，如果必須更換新的閘閥，則必須是鑄鋼或青銅材料。如果產生腐蝕的部位直徑未超過50 mm、除銹后減少超過25%，則允許進行一定的修理，修理后要做強度水壓的試驗，水壓應該按原閘閥的1.5 倍檢測。

（2）閘閥閥蓋和閥體的接觸面應保持良好，檢測過程中發現其邊緣腐蝕程度應該經過測量，測量結果不能超過螺栓孔的外徑，否則應使用補焊光車進行恢復。閘閥閥體的接觸面腐蝕也不能超過密封面寬度的1/3，密封線應該保持完整、不能有貫穿形腐蝕，否則應進行光車修理，但光車后法蘭厚度不得減少10%。

（3）閘閥閥蓋把緊螺栓或螺柱及螺帽，填料壓蓋螺柱和螺帽不得有嚴重腐蝕和滑絲現象，否則閥體產生滑絲時，允許將絲扣和擴大一個檔次重新絞絲，也允許電焊堵孔重新鉆孔絞絲。對于具有傳動裝置的閘閥，應檢查傳動桿、支撐套、齒輪、手輪、萬向節等腐蝕的情況，它們應有足夠強度、開關靈活。

4 結束語

綜上所述，工作狀態良好的采集裝置可以大大提升油氣采集的效率，還應考慮到相關裝置的安全性問題。井口裝置的閘閥檢測裝置的研究是當前油氣采集相關工作人員密切關注的課題，只有做好了相關的安全檢測工作，才可以保障整體采集裝置的穩定性，并進一步確保工程項目的順利推進及相關工作人員的生命和財產安全。油氣采集相關從業人員要努力學習并研究井口裝置的閘閥檢測裝置，以更好地完成本職工作、順利推進項目，同時為我國的油氣開采做出貢獻，推進我國的工業化進程。