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泰兴市石机东方机械制造有限公司
 
 
  防喷器
   
 

    防喷器是井下作业井控必须配备的防喷装置,对预防和处理井喷有非常重要的作用。重点介绍防喷器的分类、技术参数、结构、工作原理及维护保养等。
一、防喷器的分类与命名
1.分类
    防喷器分两类,即环形防喷器和闸板防喷器。
    环形防喷器分为单环形防喷器和双环形防喷器,其中分别装有—个环形胶芯和两个环形胶芯。
    闸板防喷器分为单闸板防喷器、双闸板防喷器、三闸板防喷器,其中分别装有一副、两副、三副闸板,以密封不同管柱和空井。
2.代号
    防喷器代号由防喷器名称主要汉字汉语拼音的第一个字母组成,见表1。
表1 防喷器代号

类型 名称 代号
环形防喷器 单环形防喷器 FH①或FHZ②
双环形防喷器 FH①或FHZ②
闸板防喷器 单闸板防喷器 FZ
双闸板防喷器 2FZ
三闸板防喷器 3FZ

注:①FH表示胶芯为半球状的环形防喷器;
②FHZ表示胶芯为锥台状的环形防喷器。
3.基本参数
    防喷器的公称通径和最大工作压力应符合表2的规定。
表2 防喷器的公称通径和最大工作压力

通径代号 公称通径
mm(in)
通井规直径
mm
最大工作压力
Mpa
18 179.4(7 1/16) 178.6 14 21 35 70 105 140
23 228.6(9) 227.8 14 21 35 70 105 -
28 279.4(11) 278.6 14 21 35 70 105 140
35 346.1(13 5/8) 345.3 14 21 35 70 105 -
43 425.5(16 3/4) 424.7 14 21 35 70 - -
48 476.3(18 3/4) 475.5 - - 35 70 105 -
53 527.1(20 3/4) 526.3 - 21 - - - -
54 539.4(21 1/4) 539.0 14 - 35 70 - -
68 679.5(26 3/4) 678.7 14 21 - - - -
76 762.0(30) 761.2 14 21 - - - -

注:通径规直径极限偏差为+0.25~0mm,长度大于通径50mm,且最短不小于300mm。
4.命名
    型号表示方法:
防喷器型号表示方法
①最大工作压力Mpa,②通径代号,③产品代号
    示例:通径为346.1mm,最大工作压力为70MPa的双闸板防喷器,其型号表示为:2FZ35—70。
    API标准防喷器代号表示方法:
R—单闸板防喷器,可以是全封闸板防喷器,也可以是半封闸板防喷器;
Rd—双闸板防喷器;
Rt—三闸板防喷器;
A—环形防喷器;
G一旋转防喷器;
M—工作压力1000psi。
Cn—遥控液压连接器,连接在防喷器组与井口或防喷器之间,最高工作压力与防喷器组相等(用于海底井口)。
Cv—低压遥控液压连接器,连接在隔水管与防喷器组上(用于海底井口)。
    例如:某井防喷设备代号5M-13 3/8-SRdA其中5M表示额定工作压力5000psi;13 3/8表示通径尺寸为13 3/8;SRdA表示由永久井口向上,四通+双闸板防喷器+环形防喷器。
二、环形防喷器
    环形防喷器又称为多效能防喷器。封井时,环形胶芯被均匀挤向井眼中心,具有承压高、密封可靠、操作方便、开关迅速等优点。特别适用于密封各种形式和不同尺寸的管柱,也可全封闭井口。
    环形防喷器可分为锥形胶芯、球形胶芯和筒形胶芯防喷器。
1.锥形胶芯环形防喷器
1)结构
    锥形胶芯防喷器主要由壳体、承托胶芯的支持筒、活塞、胶芯、顶盖、防尘圈、螺栓、盖板、吊环、挡圈、上接头、下接头组成。锥形胶芯防喷器结构如图1所示。
锥形胶芯环形防喷器
1.顶盖;2.胶芯;3.防尘圈;4活塞;5.壳体
图1 锥形胶芯环形防喷器结构
2)工作原理
    在使用时是靠液压操作的,液压系统的压力油通过壳体上的下接头进入液缸,推动活塞向上移动,由于活塞锥面的推动而挤压胶芯,胶芯顶面有顶盖限制,使胶芯径向收缩紧抱管柱,或当井内无管柱时完全将空间封死。当需要打开时,操纵液压系统,使压力油从上面的接头进入上液缸,同时下液缸回油,活塞下行,胶芯在弹性作用下逐渐恢复原形,井口打开。此防喷器一般完成关井动作的时间不大于30s,打开时间稍长。
2.球形胶芯环形防喷器
1)结构
    球形胶芯防喷器主要由顶盖、胶芯、活塞、壳体、接合环及密封圈组成。球形胶芯防喷器结构如图2、图3所示。
球形胶芯环形防喷器

图2 球形胶芯环形防喷器结构(1)
球形胶芯环形防喷器结构
图3 球形胶芯环形防喷器结构(2)
2)工作原理
    球形胶芯环形防喷器关井动作时,下油腔(关井油腔)里的压力液推动活塞迅速向上移动,胶芯被迫沿顶盖球面内腔,自下而上、自外缘向中心挤压、收拢、变形,从而实现封井。开井动作时,上油腔(开井油腔)里的压力油推动活塞向下移动,胶芯所受挤压力消失,在橡胶弹力作用下迅速恢复原状,井口打开。
    井口高压流体作用在活塞上部的环槽里,形成上举力有助于活塞推举胶芯封井。因此井压对球形胶芯环形防喷器有助封作用。
    球形胶芯直径大,高度相对较低,支承筋数为12~20块,橡胶储备量多,使用寿命较锥形胶芯长。支承筋底部制成圆弧曲面,保证胶芯底部与活塞顶部良好接触。
    与锥形胶芯一样,球形胶芯在井场也可以更换,当井内有管柱时也可以采取切割法拆旧换新。与锥形胶芯不同,球形胶芯的寿命不能在现场进行检测。
    球形胶芯环形防喷器的整体结构为高度略低,直径稍大的“矮胖”形。活塞的上下密封支承部位间距小,导向扶正作用差,尤其是关井动作接近终了时,活塞的支承间距更小,因此活塞易偏磨。如果液压油不洁净,固体颗粒进入活塞与壳体间隙,极易引起活塞卡死或拉缸。球形胶芯环形防喷器对液控压力油的净化质量要求较高,液压油应按期滤清与更换。
3.筒形胶芯环形防喷器
    筒形胶芯环型防喷器主要由上壳体、胶芯、密封圈、护圈、下壳体等组成。壳体与胶筒之间为高压油,用胶筒封油管柱等,只有一个油口,采用三位四通换向阀进出油。筒形胶芯环形防喷器的结构如图4所示。
筒形胶芯环形防喷器结构
图4 筒形胶芯环形防喷器结构
1-M30×3螺母;2-M30×3×190双头螺栓;3-上壳体;4-胶芯;5-孔用密封圈;6-护圈;7-O形密封圈;8-下壳体;9-胶芯骨架
    筒形胶芯环型防喷器结构简单、体积小、质量轻、油压要求高。适用于刮蜡、冲砂、封小油管、封电缆等低压带压作业。
    日常维护与保养:主要易损件为胶筒及胶筒密封圈,每次作业完一口井后,应及时检查胶筒磨损情况,当胶筒已磨损厚度的2/3以上时,应及时更换。
技术参数:
(1)额定工作压力:14MPa;
(2)液控操作压力:p(实际工作压力)+0.5MPa;
(3)工作介质:原油、水、修井液;
(4)密封油管范围 1 1/2~4 1/2in。
三、闸板防喷器
    闸板防喷器是井控装置的关键部分,主要用途是在修井、试油、维护作业等过程中控制井口压力,有效地防止井喷事故发生,实现安全施工。具体可完成以下作业:
(1)当井内有管柱时,配上相应规格闸板能封闭套管与油管柱间的环形空间;
(2)当井内无管柱时,配上全封闸板可全封闭井筒;
(3)在封井情况下,通过与四通旁侧出口相连的压井、节流管汇进行井筒内液体循环、节流放喷、压井、洗井等;
(4)与节流管汇压井管汇配合使用,可控制井底压力,实现近平衡修井。
    闸板防喷器按控制方式分为液动闸板防喷器和手动闸板防喷器,按闸板数量分为单闸板防喷器、双闸板防喷器、三闸板防喷器。
1.液动闸板防喷器
    一般来讲,手动闸板防喷器只能用于预防井喷,而不能制止井喷。当井口喷出压力达到5MPa以上时,即无法用人转动丝杠来关闭闸板,只能用液动防喷器远程操作,迅速在几秒钟内关闭。使用液动防喷器,需配备相应的液控装置、高压软管及快速接头等。
    防喷器按腔体分有圆形、矩形和椭圆形三种。(1)圆形腔优点:受力状态合理,加工工艺性好;缺点:高度大,质量大,密封性能差。(2)矩形腔(一般用于铸钢件壳体)优点:高度低,密封性好;缺点:铸钢件壳体材质差,存在气孔砂眼等缺陷,四角有应力集中点,承压强度低。(3)椭圆形腔(一般用于锻件防喷器)优点:高度低,受力状态合理、质量轻、密封性好;缺点:加工难度大。防喷器按上下联接型式分为:上下法兰式、上栽丝下法兰式、上法兰下栽丝式、上下栽丝式、上下卡箍式、螺纹联接式、活节头式,采用哪种联接型式要根据现场实际情况由用户选择。防喷器壳体按材料分,有铸钢和锻钢两种,其材质应符合国家标准的规定。
    液动防喷器的油路一般均为内藏式油路,防止碰坏;外露式油路已基本淘汰。液动防喷器的侧门开启方式:有铰链座式,无铰链座式和油缸液动开启式三种。
    手动SFZl8—35和液动FZl8—35防喷器选择上下法兰尺寸应注意:(1)如想在250型井口和350型井口上通用应选择直径480mm法兰,双排孔结构,采用异形钢圈。(2)如用于350型井口上使用,应选择直径480mm法兰,单排孔。(3)如与标准18-35四通配套使用,应选择直径395mm法兰。(4)如单独坐在250型井口上使用应选用直径380mm法兰并按35MPa压力等级加厚。
1)液动闸板防喷器的基本结构组成
    液动闸板防喷器在结构上都由壳体、闸板总成、油缸与活塞总成、侧门总成、锁紧装置等组成。
(1)壳体。壳体由合金钢铸成,有上下垂直通孔与侧孔。壳体内有闸板腔(闸板腔的数量取决于闸板数量)。壳体闸板腔采用长圆形,减少应力集中。闸板腔的上表面为密封面,因此要注意保护此面不被损伤。壳体闸板腔底部有朝井眼倾斜的沉砂槽,能在闸板开关时自动清除泥砂,减小闸板运动摩擦阻力,还有利于井压对闸板的助封作用。壳体内埋藏有液压油路,既简化了闸板式防喷器的外部结构,又避免在安装、运输及使用过程中碰坏油道。大压力等级防喷器在壳体上装有铰链座,用于固定侧门。
    闸板防喷器壳体上方是用双头螺栓连接环形防喷器或直接连接防溢管的法兰盘(或栽丝孔),壳体下方是用双头螺栓与四通连接的法兰盘。
(2)闸板总成。闸板总成主要由顶密封、前密封和闸板体组成,见图5和图6所示。
半封闸板总成
1.闸板体;2.顶密封;3.前密封;4.闸板体;5.顶密封
图5 半封闸板总成
剪切闸板体
图6 剪切闸板体
    闸板采用长圆形整体式,其密封胶芯采用前密封和顶密封组装结构,前密封和顶密封可根据损坏情况不同单独更换,拆装简单省力。闸板前密封和顶密封胶芯的结构见图7所示。
闸板前密封和顶密封胶芯
图7 闸板前密封和顶密封胶芯
    闸板胶芯磨损后可以更换。当井下管柱尺寸改变时半封闸板亦应更换。更换半封闸板尺寸时,双面闸板可以只换压块与胶芯,闸板体继续留用;单面闸板则需更换全套闸板总成。双面闸板的胶芯其上下面是对称的,在使用中当上平面磨损后,其下平面也必将擦伤,因此,双面闸板的胶芯并不能上下翻面,重复安装使用。
    闸板采用浮动式密封。闸板总成与壳体放置闸板的体腔有一定的间隙,允许闸板在壳体腔内有上下浮动。闸板上部胶芯不接触室顶部密封面。在闸板关闭时,闸板室底部高的支承筋和顶部密封面均有一渐缓的斜坡,能保证在达到密封位置之前,闸板与壳体之间有充分间隙。实现密封时闸板前端橡胶首先接触井内管柱,在活塞推力下,封紧管柱。当闸板开启时,顶部密封橡胶脱离壳体凸台面,缩回闸板平面内,闸板沿支承筋斜面退至全开位置。闸板这种浮动特点,既保证了密封可靠,减小了闸板开关阻力和胶芯摩损,延长了闸板使用寿命,还防止了壳体与闸板锈死在一起,易于拆卸。
    在井筒内有管柱的情况下,使用闸板防喷器关井时,由于管柱通常并不处于井眼正中心,常偏于一方,因此管柱有可能被闸板卡住而无法实现封井。为解决井内管子的对中问题,在闸板压块的前方制有突出的导向块与相应的凹槽。当闸板向井眼中心运动时,导向块可迫使偏心管子移向井眼中心,顺利实现封井。关井后,导向块进入另一压块的凹槽内,如图8所示。
闸板自动对中示意图
图8 闸板自动对中示意图
(3)油缸与活塞总成。由油缸、活塞、活塞杆、缸盖等组成。
(4)侧门总成。闸板防喷器有可拆卸或可转动的侧门,平时侧门靠螺栓紧固在壳体上。侧门上装有活塞杆密封圈和侧门与壳体间密封圈。当拆换闸板、拆换活塞杆密封圈、检查闸板以及清洗闸板室时,需要打开侧门进行操作。
(5)锁紧装置。锁紧装置的作用有两个:其一,当液控失灵时,可用手动关闭闸板;其二,防喷器液压关井后,采用机械方法将闸板固定住,然后将液控压力油的高压卸掉,以免长期关井憋漏液压油管并防止误操作事故。
    闸板锁紧装置分为闸板手动锁紧装置和液动锁紧装置(也叫自动锁紧装置)两种。
①手动锁紧装置:
    当液控系统发生故障,可以手动操作实现闸板关井动作。闸板手动锁紧装置见图9所示,是由闸板手动锁紧装置由锁紧轴、活塞轴、手控总成组成。
闸板手动锁紧装置
(a)锁紧状态               (b)解锁紧状态
图9 闸板手动锁紧装置
    手动锁紧装置是靠人力旋转手轮带动锁紧轴旋转,锁紧闸板。其作用是需要长时间封井时,在液压关闭闸板后将闸板锁定在关闭位置,此时液压可泄掉。液压关闭闸板后进行手动锁紧时,向右旋转手轮,通过操纵杆带动锁紧轴旋转,由于闸板轴不能转动,也不能前进,所以锁紧轴后退直到锁紧轴台阶顶在缸盖上,锁紧闸板。
    手动锁紧装置只能关闭闸板而不能打开闸板,若要打开已被手动锁紧的闸板,必须先使手动锁紧装置复位解锁,再用液压打开闸板,这是惟一方法。具体操作方法是:首先向左旋转手轮直至终点,再向回转1/8~1/4圈,以防温度变化时锁紧轴在解锁位置被卡住,然后用液压打开闸板。
②自动锁紧装置:
    闸板防喷器的自动锁紧装置仍然是一种机械锁紧机构,只不过闸板锁紧与解锁动作都是利用液压完成,因此这种机构常称为液动锁紧装置。
    液动锁紧装置的操作特点是:当闸板防喷器利用液压实现关井后,随即在液控油压的作用下自动完成闸板锁紧动作;反之当闸板防喷器利用液压开井时,在液控油压作用下首先自动完成闸板解锁动作,然后再实现液压开井。
    液动锁紧装置不能手动关井,在液控失效情况下闸板防喷器是不能进行关井动作的。
    带有液动锁紧装置的闸板防喷器常用于海洋作业中。在海洋作业中,防喷器常安置在海底,闸板锁紧与解锁无法采用人工操作,只能采取液压遥控的办法。
2)液动闸板防喷器的密封
    闸板防喷器密封的实质就是利用橡胶制品受力后变形大,能均匀贴在被密封的表面,阻止漏失,外力去掉后可复原的特点,根据密封位置、密封主体的形状,制成不同形状的橡胶密封件,安装其上,实现密封。
    为了使闸板防喷器实现可靠的封井效果,必须保证其四处有良好的密封。这四处密封是:
(1)闸板前密封与油管的密封—闸板前部装有前部橡胶胶芯,依靠活塞推力,前部橡胶抱紧管子实现密封。当前部橡胶严重磨损或撕裂时,高压井液会于此处刺漏而使封井失效。全封闸板则为闸板前部橡胶的相互密封。
(2)闸板顶部与壳体的密封—闸板上平面装有顶部橡胶胶芯,在井口高压井液作用下,顶部橡胶紧压壳体凸缘,使井液不致从顶部通孔溢出。
    闸板密封的完成,一是在液压油作用下闸板轴推动闸板前密封胶芯挤压变形密封前部,顶密封胶芯与壳体间过盈压缩密封顶部,从而形成初始密封;二是在井内有压力时,井筒内的液体从闸板后部推动闸板前密封进一步挤压变形,同时还从下部推动闸板上浮贴紧壳体上密封面,从而形成可靠的密封,此密封作用称为井压助封(包括井筒液体对闸板前部的助封和对闸板顶部的助封两部分),井压助封原理见图10所示。
井压助封原理示意图
图10 井压助封原理示意图
    显然,井液压力愈高闸板顶部与壳体的密封效果愈好。当井液压力很低时,闸板顶部的密封效果并不十分可靠,可能有井液溢漏。为此,在现场对闸板防喷器进行试压检查时,常需进行低压试验,检查闸板顶部与壳体凸缘的接触情况,在井压为2MPa条件下,闸板顶部应基本不漏。
    井液压力也作用在闸板后部,向井眼中心推挤闸板,使前部橡胶紧抱井内管子,当闸板关井后,井口压力愈高,井压对闸板前部的助封作用愈强,闸板前部橡胶对管子封得愈紧。由于井压对闸板前部的助封作用,关井油腔里液压油的油压值并不需要太高。
(3)侧门与壳体的密封—侧门与壳体的接合面上装有密封圈。侧门紧固螺栓将密封圈压紧,使井液不致从此处泄漏。该密封圈并不磨损,但在长期使用中将老化变质,故应按规定使用期限,定期更换。
(4)侧门腔与活塞杆问的密封一一侧门腔与活塞杆之间的环形空间装有密封圈,防止井筒内高压油气水或压井液与液压油窜漏。一旦井筒内高压油、气、水或压井液冲破橡胶密封圈,它们将进入油缸与液控管路,使液压油遭到污染并损伤液控阀件。闸板防喷器工作时,活塞杆做往复运动,密封圈不可避免地会受到磨损,久之易导致密封失效,所以要经常更换受损的密封件,而对于35MPa以上的防喷器一般在此处设有二次密封装置。
3)闸板开关动作原理
    当液控系统高压油进入左右液缸闸板关闭腔时,推动活塞带动闸板轴及左右闸板总成沿壳体闸板腔分别向井口中心移动,实现封井。当高压油进入左右液缸闸板开启腔时,推动活塞带动闸板轴及左右闸板总成向离开井口中心方向运动,打开井口。闸板开关由液控系统换向阀控制。一般在3~5s内即可完成开、关动作。
    在关井动作时,开井油腔里的液压油通过导油孔道、液控管路流回控制装置油箱。
    在开井动作时,关井油腔里的液压油通过导油孔道、液控管路流回控制装置油箱。
4)闸板防喷器的关、开井操作步骤
(1)用闸板防喷器封井时,其关井操作步骤应按下述顺序进行:
①液压关井。在液控台上操作换向阀进行关井动作。
②手动锁紧。顺时针旋转两操纵杆手轮,使锁紧轴伸出到位将闸板锁住,手轮被迫停转后再逆时针旋转两手轮各1/8~1/4圈。手动锁紧操作的要领是:顺旋,到位,回旋。
③液控压力油卸压。在蓄能器装置上操作换向阀使之处于中位(这时液控油源被切断,管路压力油的高压被卸掉)。
(2)闸板防喷器的开井操作步骤应按下述顺序进行:
①手动解锁。逆时针旋转两操纵杆手轮,使锁紧轴缩回到位,手轮被迫停转后再顺时针旋转两手轮各1/8~1/4圈。手动解锁的操作要领是:逆旋,到位,回旋。
②液压开井。在液控台上操作换向阀进行开井动作。
③液控压力油卸压。在蓄能器装置上操作换向阀使之处于中位。
(3)手动关井的操作步骤应按下述顺序进行:
①操作控制闸板防喷器的换向阀使之处于关位。
②手动关井。顺时针旋转两操纵杆手轮,将闸板推向井眼中心,手轮被迫停转后再逆时针旋转两手轮各1/8~1/4圈。手轮回旋1/8~1/4圈的目的是使锁紧轴与活塞的丝扣间保留适当间隙以利下次手动操作。
③操作控制闸板防喷器的换向阀使之处于中位。
    手动关井的操作要领是:顺旋,到位,回旋。
    手动关井操作的实质即手动锁紧操作。然而应特别注意的是:在手动关井前应首先使液控台上控制闸板防喷器的换向阀处于关位。这样做的目的是使开井油腔里的液压油直通油箱。只有在换向阀处于关位工况下才能实现手动关井。手动关井后应将换向阀手柄扳至中位,才能抢修液控装置。
    液控失效实施手动关井,当需要打开防喷器时,必须利用液控装置,液压开井,否则闸板防喷器是无法打开的。手动机械锁紧装置的结构只能允许手动关井却不能实现手动开井。
5)闸板防喷器的使用方法及维护
(1)动作前的准备工作。闸板防喷器安装于井口之后,在未动之前,注意检查以下各项工作,认为无问题时方可动作。
①检查油路连接管线是否与防喷器所标示的开关一致。
    可由控制台以2~3MPa的控制压力动作一次,如闸板开关动作与控制台手柄指示位置不一致时,应倒换一下连接管线,直到一致时为止。
②检查手动机构是否处于解锁位置,各放喷管线是否已装好。
③检查各部位连接螺栓是否拧紧。
④进行全面的试压,检查安装质量,试压标准应达到防喷器工作压力。试压后对各处连接螺栓再一次紧固,克服松紧不均现象。
⑤检查手动杆操纵闸板关闭是否灵活好用,并记下关井时手轮旋转圈数。试完后手轮应左旋退回,用液压打开闸板。
⑥检查所装闸板芯子尺寸是否与井下管柱尺寸相一致。
(2)使用方法及注意事项:
①防喷器的使用要指定专人负责,落实岗位专职,操作者要做到三懂四会(懂工作原理、懂设备性能、懂工艺流程;会操作、会维护、会保养、会排除故障)。
②当井内无管柱,试验关闭闸板时,最大液控压力不得超过3MPa,当井内有管柱时,不得关闭全封闸板。
③闸板开或关都应到位。
④闸板在井场应至少另有一套备用,一旦所装闸板损坏可及时更换。
⑤用手轮关闭闸板时应注意:右旋手轮是关闭,手动机构只能关闭闸板不能打开闸板,用液压打开闸板是打开闸板的唯一方法。若想打开已被手动机构锁紧的防喷器闸板,则必须遵循以下规程。
a.向左旋转手轮直至终点,然后再转回1/8~1/4圈,以防温度变化时锁紧轴在解锁位置被卡住。
b.用液压打开闸板。
    用手动机构关闭闸板时,控制台上的控制手柄必须放在关的位置,并将锁紧情况在控制台上挂牌说明。
⑥每天应开关闸板一次,检查开关是否灵活。
⑦不允许用开关防喷器的方法来卸压,以免损坏胶芯。
⑧注意保持液压油的清洁。
⑨防喷器使用完毕后,闸板应处于打开位置。
(3)拆卸安装方法:
①井口安装注意不要将防喷器上下面装反。
②钢圈及槽清洁无损伤、无脏物、无锈蚀等,钢圈槽内涂轻质油。
③上紧连接螺栓要用力均匀,对角依次上紧。
④安装好后进行水压试验。
    试压标准应达到工作压力值,稳压5min。
    防喷器的放置方位,一般是防喷器两翼于井架正面平行。
(4)维护与保养。防喷器在使用中,应每班动作一次闸板,检查液控部分,有条件每周试压一次,每年进行一次大修,每完一口井,进行全面的清洗、检查,有损坏零件及时更换,涂油部分应涂满。闸板室顶面、底面、侧面闸板芯运动面,用二硫化钼润滑脂;连接螺栓螺纹部分用螺纹油。
6)液动闸板防喷器常见故障及其排除方法
    液动闸板防喷器的常见故障及排除方法见表3
表3 常见故障及其排除方法

故障现象 产生原因 排除方法
井内介质从壳体与侧盖连接处流出

(1)防喷器壳体与侧盖之间密封圈损坏

更换损坏的密封圈

(2)防喷器壳体与侧盖连接螺钉卫上紧

上紧所有螺钉

(3)防喷器壳体与侧盖密封面有脏物或损坏

清除表面脏物,修复损坏部位
闸板移动方向与控制阀铭牌标志不符 控制台与防喷器连接油管线接错 倒换连接防喷器本身的油管线位置
液控系统正常,但闸板关不到位 闸板接触端有其他物质的淤积 清洗闸板及侧门
井内介质窜到油缸内,使油中含水、气

活塞杆密封圈损坏
活塞杆变形或表面损坏

更换损坏的活塞杆密封圈
修复损伤的活塞杆

防喷器本身液动部分稳不住压

油缸、活塞、活塞杆密封圈损坏密封
表面损伤

更换各处密封圈
修复密封表面或更换新件

闸板关闭后不密封

闸板密封胶芯损坏
壳体闸板体腔上部密封面损伤

更换闸板密封胶芯
修复密封面

控制油路正常,用液压打不开闸板

手动锁紧机构未复位
闸板被泥砂卡住

清除泥砂,加大控制压力,左旋手
轮直到终点使闸板解锁

7)液动闸板防喷器的基本形式
(1)液动单闸板防喷器。液动单闸板防喷器具体结构如图11所示。
液动单闸板防喷器
图11 液动单闸板防喷器
(2)液动双闸板防喷器。液动双闸板防喷器具体结构如图12所示。
液动双闸板防喷器
图12 液动双闸板防喷器
(3)液动三闸板防喷器。液动三闸板防喷器具体结构如图13所示。
液压三闸板防喷器
图13 液压三闸板防喷器
2.手动闸板防喷器
    手动闸板防喷器是常规井下作业专用防喷器,它的压力等级一般为14MPa,21MPa.也有一些35MPa手动闸板防喷器。按闸板数量,手动闸板防喷器可分为手动单闸板防喷器和手动双闸板防喷器两种。
1)手动单闸板防喷器
(1)结构组成及分类。手动单闸板防喷器的基本形式是由壳体、闸板总成、侧门、手控总成及密封装置等组成,如图14所示。
手动单闸板防喷器
图14 手动单闸板防喷器
    手动单闸板防喷器的承压零件如壳体、侧门、闸板等均为合金钢锻件。闸板室采用椭圆形结构,改善了壳体受力分布,提高了壳体安全性能。侧门采用平板式,方便更换闸板,侧门和闸板轴之间采用Y形圈和O形圈相结合的密封形式,密封可靠,更换方便。闸板密封采用分体式,由顶密封和前密封组成,装拆更换方便。
    手动单闸板防喷器按闸板形式可分为全封单闸板手动防喷器和半封单闸板手动防喷器;按连接形式分为双法兰式单闸板手动防喷器(如图15所示)和单法兰式单闸板手动防喷器(如图16所示);按性能分为多功能单闸板手动防喷器和常规单闸板手动防喷器。
双法兰式单闸板手动防喷器
图15 双法兰式单闸板手动防喷器
单法兰式单闸板手动防喷器
图16 单法兰式单闸板手动防喷器
(2)工作原理。手动单闸板防喷器的工作原理是通过手控总成中的丝杠带动闸板环抱住管柱以达到密封。手动控制装置既是闸板开关的传动机构,也是达到封闭管柱外径的自锁机构。闸板总成采用单向密封式闸板。
    多功能手动单闸板防喷器是由自封封井器和手动单闸板防喷器组合而成,如图17所示。在上法兰安装了自封头(自封胶芯),并由四个顶丝固定。当进行起下作业时,自封头在胶芯恢复力和井筒压力的作用下,紧抱于油管,密封油套管环行空间,防止了溢流和井涌的发生,同时也将油管外壁的油污刮落在井筒内。如果井内压力大,自封头不能正常密封或发现井喷征兆时,快速关闭手动闸板,使半封闸板抱合井内管柱,实现油套管环行空间的密封,然后再进行其他作业。空井时,为防止井涌的发生,在防喷器内投入全封棒,并关闭半封闸板,使半封闸板抱合全封棒,封闭整个井筒。如果井内压力过高,直接投全封棒困难时,可将全封棒接于油管下端,用大钩将其送入防喷器。
多功能手动单闸板防喷器
图17 多功能手动单闸板防喷器
(3)基本技术参数。手动闸板防喷器的基本技术参数包括以下内容。
    如FZl8—21型手动闸板防喷器的基本参数:
①公称直径:180mm;
②最大工作压力:21MPa;
③闸板最大行程:105mm;
④手轮最大扭矩:小于412N·m;
⑤闸板规格:60.3mm,73mm全封;
⑥适用管柱:60.3mm,73mm钻杆;50.3mm,62mm油管;
⑦适用介质:泥浆、清水、原油、天然气。
(4)单闸板的安装调试:
①手动单闸板防喷器上井安装前要进行密封试压至最大工作压力,合格后方能使用。与井口连接时,各连接件和连接部位应保持干净并涂上润滑脂,螺栓应对角上紧。
②闸板尺寸一定要与所用的管柱尺寸一致。如要使用全封式或半封式两套单闸板防喷器,应挂牌标明,不能错关全封式或半封式防喷器。
③保证修井机游动系统、转盘和井口三点呈一垂线,并将防喷器固定好,与井口保持同心。防喷器在单独使用时上部应加装保护法兰,以保证不碰挂防喷器。
④防喷器和进口连接后,进行压力试验检查各连接部位的密封性。
⑤操作手动控制装置,进行关闭和打开闸板的作业,检查灵活程度,开关无卡阻,轻便灵活方可使用。
⑥如用手控总成进行远距离控制,手控总成在适当位置装支架支撑。
(5)使用注意事项:
①溢流或井喷时可用手动单闸板来封闭与闸板尺寸相同的管柱(井内有管柱时不得关闭全封闸板)。
②起下管柱之前要检查闸板总成是否呈全开状态,起下管柱过程中要保持平稳,保证不碰挂防喷器。
③严禁用打开闸板的方式来泄井口压力。每次打开闸板后,要检查闸板是否全开,不得停留在中间位置,以防管柱或井下工具碰坏闸板。如果开关中有遇阻现象,应将小边盖打开,清洗内部泥砂后再使用。
④更换闸板总成或闸板密封胶芯时,一定要在防喷器腔内无压力的情况下进行,闸板总成应开到位后再打开侧门。
⑤防喷器使用时,应定期检查开关是否灵活,若遇卡阻,应查明原因,予以处理,不要强开强关,以免损坏机件。
⑥防喷器使用过程中要保持清洁,特别是丝杠外露部分,应随时清洗,以免泥砂卡死丝杠,造成操作不灵活。
⑦每口井用完后,应对防喷器进行一次清洗检查,运动件和密封件应做重点检查,对已损坏和失效零件应更换,对防喷器外部、壳体腔、闸板室、闸板总成、丝杠应做重点清洗。清洗擦干后,在螺栓孔、钢圈槽、闸板室顶部密封凸台、底部支承筋、侧门绞链处均涂上润滑脂。
⑧拆开的小零件及专用工具应点齐清洗装箱。
⑨保养后,应按工作位置摆平,下用木枕垫起,避免日晒雨淋。环境温度-30~40℃。
⑩每次起下管柱前,要检查闸板是否打开,严禁在闸板未全开的情况下强行起下。
⑩在进行试压、挤注等施工前一定要将闸板关闭并检验,严禁在闸板未全部关闭的情况下进行挤注等施工,以防刺坏闸板胶芯,造成人身事故。
(6)拆装程序。手动单闸板防喷器的拆装程序,见表4。
表4 手动单闸板防喷器的拆装程序

序号 步骤 打开注意事项
1 打开侧门 检查O形密封圈,注意:打开侧门时,闸板芯要开到位
2 取下闸板芯

检查闸板总成、防喷器内腔及各连接件,注意:在取闸板时,应将闸板芯向关的方向关一段距J离.再左右移动,方可取下阀板芯

3 打开小边盖 注意:固定螺钉不要丢失
4 取出丝杠 注意:首先应卸去止退锁钉,然后顺时针旋转丝杠即可取出丝杠,取出后要检查丝杠
5 卸去大边盖
取下保护套,卸去定位卡环并检查
6 取下密封圈

先取下卡簧,再取密封圈、压圈、轴承、丝杠轴及密封圈室。
注意:在取丝杠闸板轴时,应用软质材料来打,一以免坏零部件

2)手动双闸板防喷器
    手动双闸板防喷器是手动单闸板防喷器的组合,在壳体内分上下两层闸板腔,根据需要可进行不同的闸板组合,满足施工需要,同时降低防喷器组合的高度,利于井下作业施工。在闸板组合形式上分两种形式:一是半、全封闸板组合,即一组半封闸板在上,一组全封闸板在下,适用于常规井下作业;二是半、半封闸板组合,即上下两组均为半封闸板,但半封闸板的规格不同,适用于一次施工中使用两种不同规格井下管柱的作业施工。双闸板手动防喷器结构如图18所示。
手动双闸板防喷器
图18 手动双闸板防喷器
1-锁帽;2-护罩;3-侧门螺栓;4-壳体; 5-半封板总成;6-全封闸板总成;7-侧门;8-闸板轴;9-丝杠
    在使用及日常维护方面,双闸板手动防喷器和单闸板手动防喷器的要求基本相同
四、旋转防喷器
    旋转防喷器安装在井口防喷器组的上端,即拆掉防溢管换装旋转防喷器。旋转防喷器可以封闭套管柱与油管管柱、小钻杆等形成的环形空间,并在限定的井口压力条件下允许作业管柱旋转,实施带压作业。
    下面以FSI2—5型旋转防喷器为例,说明旋转防喷器的技术规范、结构组成、工作原理和使用方法等。
1.FSI2—5型旋转防喷器技术规范
(1)额定压力:5MPa;
(2)额定转速:80r/min;
(3)最大内通径:120mm;
(4)最大外径:430mm;
(5)高度:950mm;
(6)质量:360kg;
(7)适用管柱:60.3mm,73mm小钻杆;50.5mm,62mm油管;64mm,76mm方钻杆;
(8)适用介质:修井液、原油、清水等。
2.FSI2—5型旋转防喷器结构及工作原理
    FSI2—5型旋转防喷器主要由外壳与旋转总成两部分组成。旋转总成由自封头(密封胶芯)、人字密封圈、承压轴承等组成。如图19所示。
FSI2-5型旋转防喷器
图19 FSI2--5型旋转防喷器
    旋转防喷器是依靠密封胶芯自身的收缩、扩张特性,密封作业管柱与套管环形空间,并借助于井压提高密封效果。同时利用承压轴承承担井内管柱负荷并保证旋转灵活。
3.FSI2—5型旋转防喷器的安装
(1)旋转防喷器一般安装在井控系统的最上部,如需要安装防顶装置,则将手动安全卡瓦安装在旋转防喷器的上部。
(2)安装前底法兰及钢圈槽、螺栓等均应清洗干净,如果需要单独使用旋转防喷器,应通过配合三通将旋转防喷器与井口联接起来。
(3)安装时,钢圈等联接件均应涂润滑脂,螺栓对角上紧。
(4)安装完毕后,对井口作一次5MPa的密封试压,稳压5min不刺不漏为合格。
4.旋转防喷器的操作
(1)下管柱操作:
①如果所下的工具直径较小(小于110mm),可直接将管柱及工具插入,靠加压装置或管柱自重使管柱及工具通过自封头下入井内。
②如果工具直径较大(大于110mm),由于旋转总成自封头的自封作用,使工具不能直接通过,应将旋转防喷器的卡箍卸掉,将旋转防喷器总成从壳体中提出,在管柱下部接上引锥,然后下放,使引锥和管柱通过旋转总成;将旋转:总成随同管柱一起提起,卸掉引锥,接上工具;再将管柱和旋转总成同时放入壳体中,装好卡箍,将管柱带上加压装置下放;当管柱靠自重能克服上顶力自由下落时,可不用加压装置自由下行。
(2)旋转作业。管柱下到预计井深后,即可旋转作业。如果旋转作业超过24h,则应接上冷却水循环正常后方可继续旋转作业。
(3)起管柱。起管柱时与正常作业相同,当井内压力作用在管柱上的上顶力略小于管柱重力时,要带上加压装置后才能起管柱。当工具外径小于110mm时,可直接从井内将管柱起完。当工具外径较大时,应卸掉卡箍,将井下工具和旋转总成一起提出,然后将井下工具卸掉,如果是带压作业,起管柱时,应将井下工具起到全封闸板之上,先关闭全封闸板防喷器,然后打开旋转防喷器壳体上的卸压塞,当压力确实降为零后,再起出井下工具。
(4)更换胶芯。更换胶芯的操作步骤如下:卸掉卡箍,将旋转总成从壳体中起出放在支架上,卸去胶芯固定螺丝,取下胶芯更换所需尺寸胶芯。组装是按相反步骤进行。如果是带压作业中途更换胶芯,就首先关闭半封闸板,必要时带上加压装置,打开卸压塞将压力卸去后再更换胶芯。
5.旋转防喷器的使用注意事项
(1)在使用旋转防喷器前应检查卸压塞是否拧紧;
(2)安装时要保证井架中心、转盘中心、旋转防喷器中心成一条直线,防止起下管柱过程中碰挂;
(3)在安装旋转防喷器时,要将联接螺栓上紧上全,防止工作中出事故;
(4)旋转总成起放时,要扶正,且不能太快,以免损坏胶芯及密封圈;
(5)更换胶芯应注意安全,防止胶芯或旋转总成翻倒碰伤人;
(6)在井口压力超过5MPa情况下的施工不可将旋转防喷器当半封单闸板使用,以免将旋转防喷器的密封件刺坏;
(7)在旋转作业时,出现轴承部位或V形密封圈部位温度很高,应停止工作进行检查,及时修理或更换有关零件。
6.旋转防喷器的维护保养
(1)旋转防喷器的易损件有密封件和胶芯。在每次取出旋转总成时,可检查O形密封圈有无损坏,如有损坏应及时更换;对于V形密封圈也应同时进行检查;
(2)在累计工作7d后,应对轴承加注一次锂基润滑脂;
(3)起下管柱时,应在管柱与旋转防喷器中心管之间加润滑剂,如肥皂水等;
(4)除对易损件进行随时检查更换外,应在每修完一口井后,对该设备进行一次全面检修。
7.旋转防喷器的拆装步骤
    检修旋转防喷器时应按下列步骤拆卸(组装步骤与拆装相反),见表5。
表5 旋转防喷器拆卸步骤

序号 步骤 检查时的注意事项
1 拆去卡箍 检查壳体及卡箍,循环水接头,卸压塞
2 提出旋转总成 检查各密封件
3 拆掉旋转胶芯 检查胶芯及联接件
4 拆掉悬挂接头 检查悬挂接头及连接部位
5

拆下V形密封圈压环

检查压环
6 卸掉上压盖 检查上压盖及旋转防喷器上部位置
7 提中心管  
8 拆去轴承上下压盖  
9 卸下轴承 检查中心管,上下压盖及轴承
10 取出v形密封圈 检查v形密封圈及密封圈压环支承环等零件
11

取出各部位O形密封圈

检查O形密封圈
12 将各零件清洗干净,并将壳体清洗干净 将损坏零件更换,将各零件涂上润滑脂,将零件使用情况进行记录,以备在遇到故障时及时判断处理

五、液动环形旋转防喷器
    FSI2—5型旋转防喷器,属于自封头式旋转防喷器,自封胶芯自补性差,安装铣钻头比较麻烦,承压低,因而目前又出现了大通径,钻铣头可直接通过胶芯,胶芯抱住管柱,用液压控制并且在高压旋转密封管柱的新型旋转防喷器,它是由外部上、下壳体,活塞,内部上、下壳体,承重轴承径向轴承,球形胶芯等组成,如FHSl8—35型旋转防喷器,见图20,其通径为180mm;静密封压力为35MPa,动密封压力为21MPa。旋转速度不低于120r/min;主要用于带压油水井的大修作业或欠平衡大修作业。
FHSl8—35液动环形旋转防喷器
图20 FHSl8—35液动环形旋转防喷器
六、电缆防喷器
    电缆防喷器壳体型腔按结构分为圆形闸板和椭圆形闸板。椭圆形闸板结构高度低,质量轻,密封性能好。
    SFZ-21型电缆防喷器(图21)为法兰连接,用于射孔作业。
    FZ7.6-14型电缆防喷器(图22)连接形式有卡箍、活接头和螺纹三种,用于测试、封抽油杆、电缆和小直径油管。
SFZl2—21型电缆防喷器
图21 SFZl2—21型电缆防喷器
FZ7.6—14型电缆防喷器
图22 FZ7.6—14型电缆防喷器
    FH66.5—14X型液动筒状胶芯环形电缆防喷器(图23),用于封电缆、小直径油管和抽油杆。
FH6.5—14X型液动筒状胶芯环形电缆防喷器
图23 FH6.5—14X型液动筒状胶芯环形电缆防喷器
七、剪切闸板防喷器
    当对重要的高压油、水、气井进行作业时,如果油管内堵塞失控或未进行堵塞,虽然套、油管的环形空间已被闸板防喷器关闭,但大量高压油、气、水会从油管内喷出。安装油管阀失效(此时人已无法靠近井口),只有带有剪切闸板并全封的防喷器,才能制止井喷,剪切闸板(图24),先剪切断井内油管或钻杆并进而全封井口,防止事故扩大,封住井口后,再进一步采取压井和油管打捞措施。
剪切闸板示意图
图24 剪切闸板示意图
1-下剪切闸板体;2-顶密封;3-侧密封4-刀体密封;5-上剪切闸板体

 
 
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