1构造及工作原理

 

　　方钻杆旋塞阀由以下几个部分组成：本体、孔卡、卡环、挡圈、上阀座、密封件、挡环、定位环、旋钮、拨块、球阀、下阀座、叠簧和密封件等组成（图1）。

 

　　旋塞内部结构实物图

 

　　旋塞通过专用扳手扭动旋钮，带动拨块，使球阀发生转动，以实现开关状态的转变。球阀是一个带通孔的阀，在其通孔与旋塞阀水眼一致时，其为开位。当再旋转90°，其通孔与水眼垂直，堵塞水眼，封闭其水眼。

 

　　2现场主要失效形式

 

　　在油田生产中旋塞阀的主要失效形式如下：（1）旋钮开关力矩过大，旋钮内六方孔磨损，无法传递足够的开关力矩；（2）旋钮锈蚀或旋钮固死，导致旋钮开关力矩过大或旋钮无法转动（3）泥浆颗粒较大，旋塞阀开关不到位（4）使用时间较长，旋塞本体产生裂纹或旋钮左右两侧有裂纹(5)阀芯加工工艺差，球芯刺坏(6)旋钮孔密封圈损坏，旋钮密封失效泥浆溢出(7)阀体膨胀变形(8)阀芯不能活动(9)阀座抗腐蚀度差阀座点蚀或阀座刺坏(10)十字拨块材料强度低十字拨块变形(11)旋钮和拨块配合公差大旋钮与壳体配合紧(12)维护保养不及时，泥浆进入阀体间隙固化，从而卡死旋塞(13)叠簧弹性不够下阀座到位不及时（14）旋钮、扳手配合公差大导致内六方孔磨损（15）阀座密封圈损坏（16）旋塞处于半开或半闭状态，阀芯被井内高压流体刺坏。（17）旋塞阀在井口，井内压力过大导致旋塞打不开。

 

　　深入分析发现，我们认为其失效原因可归纳为：材料的性能、密封问题、操作问题、检验和维护保养等四大原因。

 

　　图示依次为阀座刺坏，阀体裂纹，旋钮刺坏，阀座腐蚀

 

　　3失效原因分析

 

　　3.1材质的性能方面

 

　　材质问题导致旋塞失效主要体现在：1）十字拨块变形，导致旋钮无法实现定位，就是现场常说的“耍圈”。2）阀座刺坏或腐蚀变形3）旋钮变形

 

　　3.2密封问题方面：

 

　　(1)旋钮密封圈损坏，泥浆从旋钮孔溢出。

 

　　(2)方钻杆旋塞长期打开或关闭，钻井液进入旋塞阀阀体的间隙中，易固化卡死旋塞，这是旋塞阀不能开关到位的一个主要原因。

 

　　(3)泥浆侵入旋钮孔间隙，尤其是带铁矿粉的泥浆，使旋钮与旋钮孔间的摩擦力变大，导致开关扭矩的增大。

 

　　(4)阀芯与上阀座密封时，下阀座没有能够与阀芯紧密接触，致使高压泥浆通过阀芯与下阀座的间隙进入壳体间隙，刺坏阀芯和阀座。

 

　　3.3操作问题方面

 

　　操作问题主要体现在旋钮、拨块的膨胀变形或磨损，旋塞无法开关到位。泥浆侵入旋钮孔间隙，钻具内压差较大等都会增加旋塞阀的开关力矩，旋钮无法打开。采用强行增大开关扭矩的方法，瞬间作用较大，致使旋钮和拨块的膨胀变形或磨损。旋钮膨胀变形后与壳体紧密接触，又增加了旋塞的开关力矩。旋塞开关不到，高压流体刺坏阀芯、阀座。

 

　　3.4检验和维护保养方面

 

　　油田现场，工况比较恶劣。旋塞阀长期处于打开状态，不能及时的对旋塞阀进行检验和维护保养，泥浆液进入阀体间隙内，致使旋钮和阀芯转动的摩擦力增大，旋钮的开关力矩变大，严重时遗留在阀体间隙内的泥浆固化，卡死旋塞。

 

　　4旋塞阀失效的改进措施及建议

 

　　4.1材料的性能

 

　　(1)提高十字拨块的加工工艺和加工精度，确保十字拨块与旋钮、阀芯的配合精度，可以避免十字拨块的变形。特别对小直径旋塞，加大拨块厚度，增加其强度。

 

　　(2)解决阀座的腐蚀，改善阀芯和阀座的加工工艺，最好在阀座与阀芯的接触面上，镀一层高强度的防腐蚀材料；阀座采用石墨等高性能材料，提高阀座的抗腐蚀性和耐磨性。

 

　　(3)旋钮结构上应考虑以下几点改进：1)增加旋钮内方数，增加旋钮孔的受力点，分散旋钮孔的受力。2)针对旋塞阀开关力矩较大的情况，在旋钮和壳体孔间安装近似牙轮钻头浮动套轴承的轴承副，使旋钮的滑动摩擦转变成浮动套轴承的滑动摩擦。将浮动套轴承用于旋塞阀。在现场操作时，由于瞬间过大的作用力，往往会损坏旋钮的内六方孔；将浮动套轴承用于旋塞阀后，旋钮在转动时可以减小40%以上的转动力矩，极大地提高了旋塞阀的可靠性。3)提高旋钮承压台阶面的强度，避免台阶面的拉伤，

 

　　4.2密封问题

 

　　对于这种情况应该做到：(1)及时对各零部件进行拆检、清洗，更换旋扭和上、下阀座的密封圈。(2)在球形阀芯与其他部件之间填充可塑性材料，防止钻井液杂质挤入并滞留在密封副中形成的卡阻。(3)提高叠簧的刚度，使下阀座紧贴阀芯。(4)改变旋钮的密封盘根位置。在旋钮上增加一道盘根，并将这两道盘根布置在两端，以防止泥浆进入旋钮与旋钮孔之间的间隙。

 

　　4.3操作问题

 

　　现场操作出现的问题建议采用以下措施：从上端注入平衡压力，在上下压差较小时或接近相等时打开旋塞。(2)设计省力机构。(3)确保旋钮内六方孔和扳手配套使用。(4)研制双旋钮方钻杆旋塞阀以减小单旋钮的扭转力矩如下图。可以在新旋塞上用刻字机直接在旋塞上刻上开、关标识，并要保证出厂标识完整。（5）为了解决井压过大不易开启旋钮，可在阀体上设置一个压力平衡通道，该压力平衡通道的两端口分别与球形阀芯前后的前阀腔和后阀腔相通，压力平衡通道上设置有控制阀。在正常作业时，控制阀处于关闭状态，使压力平衡通道不通，通过转动轴调整球形阀芯，使旋塞阀处于开通状态；当产生井涌时，马上通过转动轴调整球形阀芯，使其处于关闭状态，防止井喷；当要进行压井作业时，先打开控制阀，通过压力平衡通道使球形阀芯前后的前阀腔与后阀腔彼此相通，后阀腔内的高压通过压力平衡通道向前阀腔增压，直至前阀腔和后阀腔内对球形阀芯的压力彼此基本平衡，此时，通过转动轴就能很轻松地调整球形阀芯，轻易地打开方钻杆旋塞阀。

 

　　4.4检验和维护保养

 

　　制定旋塞阀的统一标准，产品按照标准化、通用化、系列化原则做精、做细，实现旋塞阀各种品牌间的互换。严格执行方钻杆旋塞阀的检验和维护保养标准。旋塞阀连续使用1个月，建议应从钻具上卸下，在旋塞阀处于半开半关的状态下，洗尽腔室内、上下阀座、球阀上的泥浆。每年对阀腔进行试压检验、探伤检验等。在使用过程中，至少每周开关活动1次。旋塞管理是要求有运转记录的，比如《塔里木油田内防喷工具管理办法》要求：正常工况下，上旋塞和液压顶驱旋塞累计旋转时间不超过2000小时，下旋塞累计旋转时间不超过800小时，超过使用期限强制报废。

 

　　［参考文献］

 

　　［1］陆培文.旋塞阀的功能与应用［J］.化工设备与管道，2001，38（2）：42-44.

 

　　［2］陈浩，宋周成，王晓萍，等.方钻杆旋塞阀的失效分析天然气工业，2007，27［3］王世宏，冯耀荣.方钻杆上部旋塞阀失效分析及其改进研究与探讨，1993，13

 

　　［4］杨军林旋塞阀失效后的修复［J］.化肥工业，1997，24（2）