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(jīng)濟的發(fā)展以及工業(yè)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(shè)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(jù)實際采集情況來調(diào)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(jiān)測閘閥的工作狀態(tài)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(chǎn)中廣泛應(yīng)用的裝置，它的工作情況關(guān)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(yè)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?？傮w上，井口裝置目前研究的發(fā)展方向主要是降低設(shè)備的占地面積和自身重量，旨在讓整個設(shè)備組更加輕便靈活。從結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(guān)閉兩種狀態(tài)，打開和關(guān)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(guān)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(chǎn)生輕微變形的在后續(xù)過程中去提高其精確性，稱為彈性閘門。閘閥一旦關(guān)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(cè)，這是為了保證其絕對密封。大多數(shù)閘閥被迫密封，即當(dāng)閥門關(guān)閉時應(yīng)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(dāng)介質(zhì)溫度不高時，楔角隨閥門參數(shù)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(dǎo)向槽的運動從旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)榫€性運動，即將操作轉(zhuǎn)矩變?yōu)楣ぷ魍屏?。?dāng)閥門打開時滑枕的提升高度與直徑相同時，流體通道呈現(xiàn)無障礙的狀態(tài)，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(xiàn)象，通常先打開到頂部位置，然后向后1/2～1轉(zhuǎn)動，作為完全啟動的定位標(biāo)準(zhǔn)。因此，閥的全開定位標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)，從而使閘閥抬起，這種閥稱為旋轉(zhuǎn)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(zhì)量直接影響整體設(shè)備的安全性。按照國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的監(jiān)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(biāo)都可以滿足測試要求的設(shè)備完整性和耐壓性能，油氣采集工作的工作環(huán)境往往是很極端的，經(jīng)常會出現(xiàn)一些極端的天氣，油氣采集的工作環(huán)境溫度為-60～50 ℃，有時還會面臨高達(dá)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(guān)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(guān)鍵性不言而喻。

3 總體方案設(shè)計

為了滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對閘閥檢測的要求，本文設(shè)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(tài)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(huán)等。

3.1 聯(lián)軸器的選擇

聯(lián)軸器是連接兩個軸或兩個軸與旋轉(zhuǎn)部件的裝置，在傳遞運動和動力的過程中一起旋轉(zhuǎn)，并且在正常情況下不會分離。在很多情況下聯(lián)軸器也被用來充當(dāng)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(gòu)牢固地連接驅(qū)動軸和從動軸保持同步旋轉(zhuǎn)，有時也用來連接軸和其他零件（如齒輪、皮帶輪等），聯(lián)軸器可以在這些彼此連通的設(shè)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(lián)軸器同樣可以補償由于裝配過程中的誤差導(dǎo)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(shè)備受到的沖擊。

目前市場上所售的聯(lián)軸器是標(biāo)準(zhǔn)件，這意味著其安全性和穩(wěn)定性已經(jīng)經(jīng)過了很多檢驗，所以只需要正確選擇聯(lián)軸器的類型，在設(shè)計時根據(jù)情況選擇聯(lián)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(fā)生外力碰撞的部位的承壓能力，當(dāng)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(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器兩種，其中剛性聯(lián)軸器由于其特性往往不具有調(diào)整誤差的效果，因此需要將軸保持平齊。這種聯(lián)軸器成本低，拆裝方便，常見的有套筒聯(lián)軸器和殼體聯(lián)軸器等。

聯(lián)軸器又可分為兩種，分別是無彈性元件的聯(lián)軸器和有彈性元件的聯(lián)軸器，前者比后者的補償誤差能力稍遜一籌，但成本更具優(yōu)勢。常見的有滑塊聯(lián)軸器、齒輪聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器和鏈條聯(lián)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(lián)軸器傳遞的扭矩通常不如沒有彈性元件的聯(lián)軸器。除了液壓馬達(dá)振動外，還應(yīng)選擇具有補償性能和緩沖性能的彈性銷聯(lián)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(lián)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(xù)保持對準(zhǔn)狀態(tài)。為了使用一套液壓系統(tǒng)，將滿足要求的基本液壓回路和輔助組件有機地結(jié)合起來，形成測試裝置所需的液壓系統(tǒng)。

在測試時，如果已經(jīng)滿足了性能鑒定測試條件的全部要求，此時根據(jù)閘閥和吊架的性能來啟動鑒定程序，最后根據(jù)鑒定程序的結(jié)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(huán)境的試驗箱，裝置所有試件的溫度循環(huán)測試均在此溫度試驗箱進行，氣壓循環(huán)測試則由氣壓升高系統(tǒng)和高壓管道系統(tǒng)實現(xiàn)，閥門則是由油泵和油電機的氣體收集系統(tǒng)實現(xiàn)了對室溫下氣體泄漏的檢查，低溫防爆措施和程序?qū)崿F(xiàn)了人員和設(shè)備的安全防護。

根據(jù)以上的實驗裝置和步驟，井口設(shè)備的閘閥檢測裝置可以很好地滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的一些檢測條件，并初步實現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)，檢測部位也有一套完整的流程，一般來說應(yīng)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(yīng)該對閥體閥蓋進行內(nèi)外的除銹工作，除銹以后銹跡的厚度應(yīng)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(chǎn)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(yīng)該按原閘閥的1.5 倍檢測。

（2）閘閥閥蓋和閥體的接觸面應(yīng)保持良好，檢測過程中發(fā)現(xiàn)其邊緣腐蝕程度應(yīng)該經(jīng)過測量，測量結(jié)果不能超過螺栓孔的外徑，否則應(yīng)使用補焊光車進行恢復(fù)。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(yīng)該保持完整、不能有貫穿形腐蝕，否則應(yīng)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(yán)重腐蝕和滑絲現(xiàn)象，否則閥體產(chǎn)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(yīng)檢查傳動桿、支撐套、齒輪、手輪、萬向節(jié)等腐蝕的情況，它們應(yīng)有足夠強度、開關(guān)靈活。

4 結(jié)束語

綜上所述，工作狀態(tài)良好的采集裝置可以大大提升油氣采集的效率，還應(yīng)考慮到相關(guān)裝置的安全性問題。井口裝置的閘閥檢測裝置的研究是當(dāng)前油氣采集相關(guān)工作人員密切關(guān)注的課題，只有做好了相關(guān)的安全檢測工作，才可以保障整體采集裝置的穩(wěn)定性，并進一步確保工程項目的順利推進及相關(guān)工作人員的生命和財產(chǎn)安全。油氣采集相關(guān)從業(yè)人員要努力學(xué)習(xí)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(xiàn)，推進我國的工業(yè)化進程。