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FZ35105闸板防喷器

使用说明书

FZ35-105闸板防喷器

华北石油荣盛机械制造

1.用途

闸板防喷器是井控装置的关键部分，主要用途是在钻井、修井、试油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：

✧当井有管柱时，配上相应管子闸板能封闭套管与管柱间环形空间；

✧当井无管柱时，配上全封闸板可全封闭井口；

✧当处于紧急情况时，可用剪切闸板剪断井管柱，并全封闭井口；

✧在封井情况下，通过与四通及壳体旁侧出口相连的压井、节流管汇进行泥浆循环、节流放喷、压井、洗井等特殊作业；

✧与节流、压井管汇配合使用，可有效地控制井底压力，实现近平衡压井作业。

2.技术参数

2.1.RS闸板防喷器型号说明

×××××——××

额定工作压力（MPa）

通径代号

产品代号

产品代号：

FZ—单闸板防喷器

2FZ—双闸板防喷器

3FZ—三闸板防喷器

通径代号见下表

表1

通径代号

通径规格

通径代号

通径规格

18

7

〃

48

18

〃

23

9〃

53

20

〃

28

11〃

54

21

〃

35

13

〃

68

26

〃

43

16

〃

76

30〃

额定工作压力：

共有六个等级，见下表

表2

14MPa（2,000psi），

21MPa（3,000psi）

35MPa（5,000psi）

70MPa（10,000psi）

105MPa（15,000psi）

140MPa（20,000psi）

2.金属材料的温度等级：

表3

温度等级代号

API代码

工作温度围

T75

75

-59~121℃（-75~50ºF）

T20

20

-29~121℃（-20~250ºF）

T0

00

-18~121℃（0~250ºF）

3.接触井液的非金属密封件温度等级。

用两个字母组合来代表上限和下限，如下说明

下限（第一位）上限（第二位）

A15ºF（-26℃）A180ºF（82℃）

B0ºF（-17.8℃）B200ºF（93℃）

C10ºF（-12.2℃）C220ºF（104℃）

D20ºF（-6.7℃）D250ºF（121℃）

如AB代表-26℃~93℃的温度级别,具体的温度级别在密封件上有代码标记。

2.2.闸板防喷器的技术参数

闸板防喷器的技术参数见下表：

表4闸板防喷器技术参数

项目

单闸板防喷器

双闸板防喷器

型号

FZ35-105

2FZ35-105

重量

8,260Kg（18,360lb）

14,930Kg（33,180lb）

通径

346.1mm（135/8″）

静水压试验压力

157.5MPa（22,500psi）

额定工作压力

105MPa（15,000psi）

液控额定工作压力

21MPa（3,000psi）

推荐液控操作压力

8.4～10.5MPa（1,200～1,500psi）

开启一副闸板所需油量

37L

关闭一副闸板所需油量

42L

侧出口规格

29/16″-15,000psi

温度等级

T20（-29～121℃）

说明：

防喷器的设计、制造均按照APISpec16A规。

防喷器部接触井液的部位抗硫化氢应力腐蚀，满足NACEMR-0175要求。

表5可配备闸板规格

全封,23/8″,27/8″,31/2″,41/2″,5″,51/2″,65/8″,7″,75/8″,

95/8″,27/8″～5″变径,剪切闸板。

图1FZ35-105单闸板防喷器

图2防喷器侧门打开状态

图32FZ35-105双闸板防喷器

3.工作原理

3.1.

闸板开关动作原理

图4闸板开关和侧门开关液压油路图

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3～5秒即可完成开、关动作。

图5闸板防喷器结构图

3.2.井压密封原理

闸板防喷器要有四处密封起作用才能有效地密封井口，即：

闸板顶密封与壳体的密封；闸板前密封与管柱、壳体及前密封相互间的密封；壳体与侧门之间的密封；闸板轴与侧门间的密封。

闸板的密封过程分为两步：

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；二是在井有压力时，井压从闸板后部推动闸板前密封进一步挤压变形，同时井压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，亦即井压助封作用。

4.主要零部件结构及特点

4.1.结构特点

✧壳体、侧门等主要承压件采用高强度、高韧性合金钢，严格控制材料的有害化学成分和非金属夹杂物，进行炉外精炼锻造成型，并经适当热处理，保证防喷器使用安全可靠。

壳体闸板腔采用长圆形，减少应力集中。

✧侧门开关和闸板开关均采用液压驱动，并且是同一油路。

侧门打开和关闭闸板是同一油路、同一操作；而侧门关闭和打开闸板是同一油路、同一操作。

✧闸板总成：

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。

图6管柱闸板

表6：

闸板总成零件表

序号

1

2

3

名称

闸板总成

闸板体

顶密封

前密封

数量

闸板规格

1

1

1

全封

RJ11187.26.01

RJ11187.26.01.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.01.02

23/8″

RJ11187.26.02

RJ11187.26.02.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.02.02

27/8″

RJ11187.26.03

RJ11187.26.03.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.03.02

31/2″

RJ11187.26.04

RJ11187.26.04.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.04.02

41/2″

RJ11187.26.05

RJ11187.26.05.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.05.02

5″

RJ11187.26.06

RJ11187.26.06.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.06.02

51/2″

RJ11187.26.07

RJ11187.26.07.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.07.02

65/8″

RJ11187.26.08

RJ11187.26.08.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.08.02

7″

RJ11187.26.09

RJ11187.26.09.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.09.02

75/8″

RJ11187.26.10

RJ11187.26.10.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.10.02

95/8″

RJ11187.26.11

RJ11187.26.11.03

RJ11187.06.01.01

RJ11187.06.11.02

4.2.剪切闸板

图7剪切闸板

表7剪切闸板零件明细表：

序号

件号

名称

数量

备注

1

RJ11187.06.01.01A

剪切闸板顶密封

2

与普通闸板的顶密封不同

2

RJ11187.10.05

剪切闸板刀体密封

1

3

RJ11187.10.03

剪切闸板上闸板体

1

4

RJ11187.10.01

剪切闸板侧密封I

2

5

RJ11187.10.02

剪切闸板侧密封II

2

6

RJ11187.10.04

剪切闸板下闸板体

1

剪切闸板由上下闸板体、顶密封、侧密封I、侧密封II和刀体密封组成。

刀体密封装在燕尾槽，两侧挡有侧密封。

剪切闸板在防喷器的安装与普通闸板相同，不需要改动防喷器的任何部位。

▲！

注意：

剪切闸板顶密封与普通闸板的顶密封不同，在安装时注意顶密封与前密封（或侧密封）的两角搭界处就可以明显看出。

普通闸板的顶密封与剪切闸板的侧密封的两角搭界处将发生干涉，而剪切闸板的顶密封与普通闸板的前密封不能完全搭界接。

剪切闸板操作参数：

✧液控关闭压力≥14MPa，最大为21MPa；

✧可剪切5″，G-105级，壁厚9.19mm的钻杆，剪切液控关闭压力≥14MPa；

✧可密封最大工作压力105MPa。

▲！

注意：

剪切闸板不具有抗硫化氢的能力，在有硫化氢的环境中慎用。

4.3.闸板轴密封机构

侧门与闸板轴之间采用双向密封，用W形组合密封圈密封井压，用Y形密封圈密封液控压力。

参见图8

表8：

闸板轴密封机构零件表

序号

件号

名称

数量

1

GB893-86

挡圈135

2

2

FZ897.1.15

支撑环

2

3

FZ897.1.12

W形密封圈A

8

4

FZ897.1.13

压圈A

2

5

GB1235-76

O形密封圈130×3.1

2

6

FZ897.1.14

支承密封套

1

7

GB1235-76

O形密封圈115×3.1

2

图8闸板轴密封结构

4.4.二次密封机构

闸板轴与侧门之间的密封装置分为两部分，一部分是密封井压，一部分是密封液控的油压，二次密封机构位于这两部分之间。

一般情况下，该处的密封是十分可靠的，因为有多重结构的密封圈，以及中间O形密封圈的辅助密封。

但有时由于长期没有检修或其它原因导致该处密封圈损坏，就会在封井时发生泄漏，这时就需要二次密封机构进行紧急处理。

在封井工况下，如果观察孔（在侧门的下部）有流体流出，这就表明密封圈已损坏，可以根据流体的性质判断是封井压、还是封油压的密封圈损坏。

此时应立即卸开上部的注脂孔的螺塞，用六角扳手顺时针旋转孔的螺钉，将棒状的二次密封脂通过单向阀、支承密封套的径向孔注入到环隙中，实现密封补救。

闸板圈的二次密封装置使用注意事项：

✧为防止长期不用防喷器时二次发生固化失效，所以在防喷器出厂时不装二次密封脂棒，并且在平时防喷器不使用期间也不安装二次密封脂棒。

只是在上井前将其装入，并在完井检修时将其取出，将该处清洗干净。

✧将专用工具预先准备好，以防急需时措手不及。

✧防喷器在使用时应经常观察下部分的观察孔螺塞（其上有小孔）有无钻井液或油液流出。

✧密封圈失效后压注二次密封脂不可过量，以观察孔不再泄漏为准。

二次密封脂磨擦阻力大而且粘附有颗粒物质，当闸板轴回程时对闸板轴损伤较大。

表9：

二次密封机构零件表

序号

件号

名称

数量

1

RJ11148.12

NPT1丝堵

1

2

RJ11148.13

压紧螺塞

1

3

二次密封脂

1

4

RJ11148.14.00

单向阀

1

5

RJ11148.21

带孔丝堵ZG1/2″

1

图9二次密封结构

4.5.锁紧轴密封机构

锁紧轴密封机构参见图10。

图10锁紧轴密封机构

表10：

锁紧轴密封机构零件表

序号

件号

名称

数量

1

GB893-86

挡圈135

1

2

RJ11187.23

止推轴套

1

3

RJ11187.22

W形密封圈

3

4

RJ11187.21

压圈

1

5

RJ11187.20

防尘圈座

1

6

RJ11187.19

防尘圈

1

4.6.闸板手动锁紧机构

参见产品结构图。

闸板手动锁紧装置由锁紧轴、闸板轴、手控总成组成。

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，由于锁紧轴台阶抵在缸盖上，不能后退，只能驱动闸板轴向井口中心运动，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，这是唯一方法，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。

4.7.油阀开关

油阀装配在缸盖部，主要的作用是控制液压油流入主液缸的闸板关闭腔，阻止闸板的伸出。

当用液压打开侧门时，闸板受液压油的作用，将向前伸出，即关闭闸板。

为不使闸板伸出，将油阀关闭，即向下拧入拧紧油阀，然后打开侧门，这样就可以使侧门打开而闸板仍处于打开位置，这样就可以取出闸板。

具体操作步骤见闸板更换方法。

打开油阀时，将油阀顶部拧到和缸盖端面平齐即可。

拆卸油阀时，将其一直向外拧就可取出。

▲！

注意：

在防喷器的正常使用中，油阀应处于打开状态。

图11油阀结构

图12油阀关闭状态

表11油阀零件明细表

序号

名称

件号

数量

备注

1

阀杆

RJ11187.12.01

1

2

阀体

RJ11187.12.02

1

3

O形密封圈21.2X3.55

GB3452.1-92

1

4

阀芯

RJ11187.12.03

1

4.8.侧门密封圈

FZ35-105闸板防喷器的侧门密封采用浮动式压力自封结构，见下图。

图13侧门密封圈及安装

O形密封圈3与壳体表面形成密封，用于密封侧门和壳体之间的间隙；唇形密封圈4用于密封侧门密封圈骨架和侧门密封圈槽的外侧；橡胶弹簧的作用是使侧门密封圈与壳体之间形成压力接触，易于建立初始密封；这样就形成了完整的密封带。

当侧门受压时，它与壳体的结合面间将产生间隙，侧门密封圈由于受压差的作用，始终紧贴在壳体表面上，从而补偿这个间隙。

这样就形成可靠的密封。

因此，这种结构的侧门密封不需要很大的侧门螺栓预紧力。

▲！

注意：

侧门密封圈是有方向性的，应按照上图的方向安装，即橡胶弹簧应装在骨架端面有横槽的一面，而且这一面在侧门密封圈槽底，唇形密封圈的唇边在侧门密封圈槽底一侧。

表12侧门密封圈总成零件明细表

序号

名称

件号

数量

侧门密封圈（总成）

RJ11187.07.00

1

1

侧门密封圈骨架

RJ11187.07.01

1

2

橡胶弹簧

RJ11187.07.02

1

3

O形密封圈345X7

RJ11187.07.03

1

4

唇形密封圈（或O形密封圈345X7）

RJ11187.07.04或RJ11187.07.03

1

5.产品结构及零部件明细

5.1.零部件明细

参见产品结构图5和图14。

图14

表13零部件明细表

序号

件号

名称

数量

1

RJ11148.02A

盖形螺母M39×3

16（32）

2

RJ11187.01

缸盖

2（4）

3

GB3452.1-92

O形密封圈325×7

4（8）

4

见表10

锁紧轴密封装置

2（4）

5

RJ11187.16

开启侧门活塞杆

2（4）

6

RJ11187.13

锁紧轴

2（4）

7

GB3452.1-92

O形密封圈50×5.3

4（8）

8

GB3452.1-92

O形密封圈109×5.3

8（16）

9

RJ11187.15

缸筒

4（8）

10

RJ11187.09

液缸

2（4）

11

ZG3/4″丝堵

8（16）

12

RJ11187.04

侧门

2（4）

13

RJ11181.14

闸板支承杆

4（8）

14

GB3452.1-92

O形密封圈71×5.3

4（8）

15

RJ11187.07.00

侧门密封圈

2（4）

16

见表6

闸板总成

17

RJ11187.02.00

油阀总成

2（4）

18

GB3452.1-92

O形密封圈80×5.3

4（8）

19

RJ11187.18

关闭侧门活塞杆

2（4）

20

RJ11187.08

闸板轴

2（4）

21

RJ11148.15

活塞密封圈

4（8）

22

RJ11187.02

液缸联接螺栓

16（32）

24

RJ11187.03

侧门螺栓

8（16）

25

GB3452.1-92

O形密封圈104×7

8（16）

26

见表9

二次密封装置

2（4）

27

见表8

闸板轴密封装置

2（4）

28

RJ11703.06.02

螺栓M27×125

8（16）

29

RJ11704.06

螺母M27

8（16）

30

RJ11187.17

盲法兰

1

（2）

31

SY5279.3-91

垫环BX153

1

（2）

32

F9301.29

丝堵NPT1

2（4）

33

GB/T5781-2000

螺栓M16×45

8（16）

34

F9301.30A

油管座

2（4）

35

GB3452.1-92

O形密封圈43.7×3.55

2（4）

36

RJ11187.05

单闸板壳体

1

37

RJ11188.01

双闸板壳体

1

38

RJ11187.25.00

手控总成

2（4）

注：

数量中括号的数字为双闸板防喷器的数量

5.2.易损件明细表

序号

件号

名称

数量

备注

1

GB3452.1-92

O形密封圈325×7

4（8）

见表14

2

GB3452.1-92

O形密封圈60×5.3

4（8）

见表14

3

GB3452.1-92

O形密封圈109×5.3

8（16）

见表14

4

GB3452.1-92

O形密封圈80×5.3

4（8）

见表14

5

GB3452.1-92

O形密封圈90×5.3

4（8）

见表14

6

RJ11148.15

活塞密封圈

4（8）

见表14

7

GB3452.1-92

O形密封圈104×7

8（16）

见表14

8

GB3452.1-92

O形密封圈43.7×3.55

2（4）

见表14

9

FZ897.1.12

W形密封圈A

16（32）

见表8

10

FZ897.1.13

压圈A

4（8）

见表8

11

GB1235-76

O形密封圈130×3.1

4（8）

见表8

12

GB1235-76

O形密封圈115×3.1

4（8）

见表8

13

RJ11187.22

W形密封圈

6（12）

见表10

14

RJ11187.21

压圈

2（4）

见表10

15

GB3452.1-92

O形密封圈21.2X3.55

2（4）

见表11

16

RJ11187.07.02

橡胶弹簧

2（4）

见表12

17

RJ11187.07.03

O形密封圈345X7

2（4）

见表12

18

RJ11187.07.04或RJ11187.07.03

唇形密封圈（或O形密封圈345X7）

2（4）

见表12

19

GB1235-76

O形密封圈110×5.7

注：

数量中括号的数字为双闸板防喷器的数量

关于闸板总成的易损件，参看表6和表7。

6.安装、使用及注意事项

6.1.使用前的准备工作

闸板防喷器安装于井口之后，在使用前应注意检查以下各项工作，进行试运行认为无问题时方可使用。

1）检查防喷器是否安装正确：

壳体吊装耳在上部；手动锁紧装置要装全，固定好，并在手轮处挂牌标明开关圈数；各处联接螺栓对角依次均匀上紧。

2）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的控制压力对每种闸板试开关各两次，以排除油路中的空气，如闸板开关动作与控制台手柄指示不一致，应调整连接管线。

3）检查手动锁紧机构是否连接好，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，在手轮上挂牌标明。

试完后将手轮左旋退回解锁，用液压打开闸板。

4）对井口装置进行全面试压，试压标准应按有关井控规程条例执行。

试压后对各连接螺栓再一次紧固，克服松紧不均现象，法兰螺栓的上紧力矩见表14或表15。

5）检查所装闸板芯子尺寸与井下钻具尺寸是否一致。

6）检查各放喷、压井、节流管汇是否联接好。

7）防喷器在进行地面检查试验时，应在防喷器加满水，并且开关闸板活动一次，以排除闸板腔闸板后部的空气。

表14螺柱、螺钉连接上紧扭矩推荐值（公制）

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

N·m

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

N·m

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

N·m

M12

80

M33×3

1292

M52×3

5505

M16

153

M36×3

1737

M38×3

7892

M20

266

M39×3

2272

M64×3

10885

M22

424

M42×3

2910

M70×3

14549

M27

643

M45×3

3654

M76×3

18957

M30×3

930

M48×3

4516

M80×3

21565

表15螺柱、螺钉联结上紧扭矩推荐值（英制）

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

ft•lb

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

ft•lb

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

ft•lb

1/2-13UNC

59

11/4-8UN

953

2-8UN

4060

5/8-11UNC

113

13/8-8UN

1281

21/4-8UN

5821

3/4-10UNC

196

11/2-8UN

1676

21/2-8UN

8028

7/8-9UNC

313

15/8-8UN

2146

23/4-8UN

10731

1-UN

474

13/4-8UN

2695

3-8UN

13982

11/8-UN

686

17/8-8UN

3331

31/4-8UN

17830

6.2.使用方法及注意事项

1）防喷器的使用要指定专人负责，落实职责，使用者要做到三懂四会（懂工作原理、懂性能、懂工艺流程；会操作、会维护、会保养、会排除故障）。

2）当井无管柱，试验关闭管子闸板时，最大液控压力不能超过3MPa，以免损坏胶芯。

当井有管柱时，严禁关闭全封闸板。

3）需要长时间封井时，应用手动锁紧装置锁定闸板，并在控制台上挂牌说明，以防误操作。

4）进入目的层后，每天应开关闸板一次，检查开关是否灵活，手动锁紧是否好用。

每次起钻完后还应