方钻杆旋塞阀维修工艺的研究

史辉 崔海龙 王军 汪晶晶 袁丹丹

摘要：方钻杆旋塞阀是钻井过程中必不可少的内防喷工具之一。由于方钻杆旋塞阀的使用频率较高再加之工作环境恶劣，使用保养不及时或不当操作等诸多因素的影响，所以损坏较为普遍。对于损坏的旋塞阀如能及时的进行修复，则是节约挖潜的一个重要手段，同时也是为企业创效的一个基本途径。

关键词：方钻杆旋塞阀;失效原因;修理工艺;旋塞阀专用维修工具

随着油田高压油气田的开发，油气井压力不断增大，易发生溢流或井涌等安全事故。方钻杆旋塞阀是必不可少的内防喷工具，它在发生溢流或井涌时能有效防止地层流体沿钻柱水眼向上喷出。同时，方钻杆旋塞阀在钻井作业中，水龙带、高压管汇损坏时，可关闭该装置，进行更换或修复。

1、方钻杆旋塞阀结构和工作原理

方钻杆旋塞阀是钻柱循环系统中的手动控制阀，是防止井喷的有效工具之一。方钻杆旋塞阀分为上部方钻杆旋塞阀和下部方钻杆旋塞阀两种，上部方钻杆旋塞阀用于水龙头下端和方钻杆上端之间，下部方钻杆旋塞阀用于方钻杆下端和钻杆上端或方钻杆保护接头的上端之间。用专用扳手按指示要求转动操作键90度即可实现开关。在钻井作业中，为避免井喷恶性事故的发生，均应在方钻杆上、下两端组接方钻杆旋塞阀。

1.1方钻杆旋塞阀的结构

方钻杆旋塞阀由以下几个部分组成：本体、挡圈、上阀座、球阀、下阀座、密封件、挡环、旋塞钮、挡块、卡簧等组成。

1.2方钻杆旋塞阀的工作原理

方钻杆旋塞阀密封原理是由弹簧支承球座使球定位，并使之有一定预紧，球与球座密封件紧密接触，构成硬密封，当开启时，水眼畅通，关闭时，球面将水眼全部封住，内环空部分压力作用在球体上，并起到一定的助封作用。使球与球座处于高压密封状态，实现安全封堵钻具水眼的作用。

2、方钻杆旋塞阀失效原因分析

通过对已失效的旋塞阀及现场资料进行分析研究，得出方钻杆旋塞阀的失效形式主要有以下3大类，即：强度失效、转动失效和密封失效。

（1）强度失效

近年来发生的方钻杆旋塞阀断裂事故中，多是在使用过程中阀体本体断裂或刺穿。 断裂原因主要是应力集中所致。

（2）转动失效

方钻杆旋塞阀转动失效即球体旋转不动，它是旋塞阀失效的一种重要形式。造成失该效的原因有以下几种情況：球体与阀座间的摩擦力矩过大、球体或阀座发生严重锈蚀、阀座发生了严重的塑性变形、球体与阀座之间卡住了固体颗粒。

（3）密封失效

方钻杆旋塞阀的密封在其应用中主要由三部分组成，一是阀体、上、下阀座与本体之间的密封;二是阀球与阀座之间的密封;三是旋钮与阀体旋钮孔之间的密封。现场观察发现，方钻杆旋塞阀密封失效主要表现为主密封件即阀球与阀座密封失效而导致试压无压力。究其原因，主密封是金属与金属之间的硬密封，对新阀来说，试压无压力的原因在于阀体、阀座研磨不好;对于使用过或放置时间长的旧旋塞阀来说，其原因主要在于阀体与阀之间有结渣或锈蚀颗粒物卡住而建立不起初始压力。

3、方钻杆旋塞阀的维修工艺

通过对回收的方钻杆旋塞阀的维修发现，目前造成旋塞阀失效的主要有两方面，一是回收后未能及时对密封件进行保养，造成内部生锈无法转动;二是施工中泥浆腐蚀，原因是密封失效和腐蚀失效。针对这两种情况，我们对损坏的旋塞阀进行了针对性的修复。

3.1  拆卸步骤

（1）使用清洗机用清水清洗旋塞本体及内部阀件，并清洗旋塞阀表面、阀体、螺纹，去除其内外所有污垢。

（2）打开旋塞球阀。

（3）从母扣端用卡簧钳卸去弹簧或螺旋挡圈。

（4）用自制专用工具将阀芯及零件一一取出：取出衬套，用专用工具拉住下阀座，取出卡环，密封环，挡块，上阀座，球阀，旋钮拨块，下阀座，密封环，弹簧。

（5）取下所有“O”形圈及密封件。

3.2  检修步骤

（1）将本体内腔及全部零件用柴油清洗干净，以便检查修理。

（2）刚性挡圈，挡环，挡块，若有锈蚀用砂布打磨光洁，有严重被损坏的要更换新件。

（3）上阀座、球形阀芯、下阀座若有锈蚀用砂布打磨光洁，密封面用精研磨膏，三件组合配合研磨，使表面粗糙度达Ra0.05mm。冲蚀或锈蚀严重，达不到研磨要求的必须进行更换。

（4）下阀座弹簧锈蚀严重，产生疲劳弹力不够，则更换新件。

（5）更换全部“O”形圈及密封件。

3.3  装配步骤

（1）装配时在本体内孔中及各零件上均匀涂抹润滑脂。

（2）将所有密封件及“O”型圈安装到位。

（3）装配时用自制专用工具，按拆卸相反顺序进行装配。

注意：拆卸和组装球阀限位块时，应使球阀转动45度，使球阀处于半开半闭，否则无法拆卸或安装限位块。

3.4  试压检验

首先，关闭球阀，从下端施加规定的压力，观察上端，以检查其密封性;停泵后15分钟而无压降，为合格。然后，打开球阀，从公扣端施加额定的工作压力，另一端接接头封闭，检查主体的强度，停泵后15分钟而无压降，部件无变形为合格。

3.5  专用维修工具

在修理过程中，为了方便工作，提高修理效率，减少修理时间，节省人力，制作了很多辅助工具。

（1）自制简易拉拔工具（如图8），用来取出和组装旋塞内部组件

（2）自制上、下阀座取出工具（如图9）

4、方钻杆旋塞阀日常维护管理

4.1  日常库房管理

（1）使用后的旋塞阀应冲洗干净后作无损检测和压力密封试验，合格的两端螺纹涂抹防锈、防蚀脂存放于通风干燥处，以备下次再用。

（2）无损检测和压力密封试验有一项不合格的旋塞阀必须拆卸更换零件，组装后作试验，合格后按上一条执行。

（3）按照现在的井控规定，存放期满三个月的，需再次进行试压检验，否则不得发放给井队使用。

4.2  井队现场上需要哪些维护保养

（1）在正常使用中，要求每天对上、下旋塞进行开关4—6次，从而保证其开关灵活性。

（2）在不使用时，要及时从方钻杆上将其卸下，并用清水将其内、外污垢清洗干净，晾干后涂抹上润滑油，放于干燥处存放，以备后用。

（3）对使用已失效或者到期的上、下旋塞，需交回公司进行修复检验，达到再使用标准后方可再使用。

5、结论

（1）方钻杆旋塞阀是钻井过程中重要的内防喷工具之一，可以确保钻井安全顺利实施。

（2）由于方钻杆旋塞阀工作环境恶劣及使用数量较多，所以损坏较多也很普遍，损坏的形式主要有三种，现场常见的损坏方式是密封失效和旋转失效。

（3）在旋塞阀修理时，制订了一套切实可行的修理工艺从而来保障修理质量。

（4）为了提高修理效率和修理质量，自制了专用修理工具。

参考文献

[1] 谢娟，王德玉，李才良. 方钻杆旋塞阀的失效与受力分析[J]. 石油矿场机械2007：49～51.

（作者单位：中石化中原石油工程有限公司管具公司技术发展中心）