井口装置闸阀检测装置的研究

李雪野，姜 超

（中国石油渤海石油装备制造有限公司辽河热采机械制造分公司，辽宁盘锦 124000）

0 引言

随着我国经济的发展以及工业化的推进，石油开采成为国家高度重视的一项工作。井口装置是油气开采工程中的一个重要设备，它主要是由套管头、油管头、采油树、闸阀等部分组成，可以控制井口的压力以及根据实际采集情况来调整井口的采集流量。闸阀是井口装置的一个重要部件，直接影响井口装置的安全性，只有时刻监测闸阀的工作状态并确保其正常工作，井口装置才能更好地顺利运行。

1 井口装置和闸阀检测装置概述

井口装置是一种在油气生产中广泛应用的装置，它的工作情况关系到油气采集工作的效率以及安全性。随着我国对于石油需求量的增加，油气采集行业要求井口装置和阀门要不断改进自身安全机制，提高其自身的安全性和高效性。总体上，井口装置目前研究的发展方向主要是降低设备的占地面积和自身重量，旨在让整个设备组更加轻便灵活。从结构方面看，闸阀也是重点改进的部分，一方面要加强平行闸阀的适用性，另一方面也要进行产品可靠性分析和研究。

闸阀通过阀座与闸板之间的接触密封，通常在其表面上添加一些额外的材料以增加耐性。闸阀只有打开和关闭两种状态，打开和关闭的部分称作闸门，它的运动方向与流体方向是互相垂直的关系。闸阀有很多种类型，主要分为刚性闸门和弹性闸门两大类。楔形闸阀的闸门通常是一个完整的装置，称为刚性闸门；也可以制成可以产生轻微变形的在后续过程中去提高其精确性，称为弹性闸门。闸阀一旦关闭则密封面只能用中压密封，也就是说，闸阀的密封面需要利用压力压到其底座上，而底座一般位于其相反侧，这是为了保证其绝对密封。大多数闸阀被迫密封，即当阀门关闭时应可以施加力量将闸板向阀座推进来保证密封性。撞锤具有两个密封面，闸阀的两个密封表面形成楔形。当介质温度不高时，楔角随阀门参数而变化，通常为5°或2°52′。

闸阀与阀杆同时向相同方向平行运动，称为提升阀杆闸阀，也称为上升阀杆闸阀。通常提升杆上具备梯形螺纹这样可以让阀顶部的螺母和阀体上的导向槽的运动从旋转运动变为线性运动，即将操作转矩变为工作推力。当阀门打开时滑枕的提升高度与直径相同时，流体通道呈现无障碍的状态，但在操作过程中无法正确锁定此位置。在实际使用过程中，阀杆的顶点起到定位作用，即无法打开的位置用作其全开位置。为了考虑温度变化的锁定现象，通常先打开到顶部位置，然后向后1/2～1转动，作为完全启动的定位标准。因此，阀的全开定位标准由柱塞的位置来确定。

一些闸阀的阀杆螺母与闸阀是连通的，即齿轮带动阀杆进行旋转，从而使闸阀抬起，这种阀称为旋转阀杆闸阀。

2 闸阀检测的重要性

井口装置是密封井下流体的首个通道，其质量直接影响整体设备的安全性。按照国家标准对于闸阀检测的具体要求，本文研究了井口装置闸阀检测装置来满足国家标准规定的监测实验，并满足了其综合测试要求。如温度、压力、机械等各项检验指标都可以满足测试要求的设备完整性和耐压性能，油气采集工作的工作环境往往是很极端的，经常会出现一些极端的天气，油气采集的工作环境温度为-60～50 ℃，有时还会面临高达138 MPa的高压且具有腐蚀性的流体的侵蚀。作为密封井下流体的第一个通道，闸阀直接关系着众多的安全事故，如阀体、螺纹、密封盒的泄漏以及阀座的密封等，其关键性不言而喻。

3 总体方案设计

为了满足国家标准对闸阀检测的要求，本文设计了一系列整体测试方案。其中的测试项目主要有阀开度和操作扭矩，而且是在室温下进行160 次动态测试、在最高温度下进行20 次，在最低温度下进行20 次，在高温下进行阀体和阀座的测试，在低温下进行气压测试，在室温下进行压力温度循环等。

3.1 联轴器的选择

联轴器是连接两个轴或两个轴与旋转部件的装置，在传递运动和动力的过程中一起旋转，并且在正常情况下不会分离。在很多情况下联轴器也被用来充当安全装置，这是为了防止所连接的部件受到太大的外力挤压，同时可以起到过压缓冲的效果。它用于以不同的机构牢固地连接驱动轴和从动轴保持同步旋转，有时也用来连接轴和其他零件（如齿轮、皮带轮等），联轴器可以在这些彼此连通的设备间并传递运动和扭矩。它通常由两个部分组成，分别通过键或紧配合连接，并固定在两个轴端，然后将两部分进行连接。联轴器同样可以补偿由于装配过程中的误差导致的偏移，最大限度地降低人为操作造成的误差，同时减小连接设备受到的冲击。

目前市场上所售的联轴器是标准件，这意味着其安全性和稳定性已经经过了很多检验，所以只需要正确选择联轴器的类型，在设计时根据情况选择联轴器的型号和尺寸即可。为保险起见也可以检查并计算一些容易发生外力碰撞的部位的承压能力，当速度较高时检查并计算外缘的离心力和弹性元件的变形，并检查平衡。联轴器可分为刚性联轴器和柔性联轴器两种，其中刚性联轴器由于其特性往往不具有调整误差的效果，因此需要将轴保持平齐。这种联轴器成本低，拆装方便，常见的有套筒联轴器和壳体联轴器等。

联轴器又可分为两种，分别是无弹性元件的联轴器和有弹性元件的联轴器，前者比后者的补偿误差能力稍逊一筹，但成本更具优势。常见的有滑块联轴器、齿轮联轴器、万向联轴器和链条联轴器，它们同时具有补偿位移和减小振动的能力，并且具有缓冲作用，但是受到弹性元件强度的限制，这些联轴器传递的扭矩通常不如没有弹性元件的联轴器。除了液压马达振动外，还应选择具有补偿性能和缓冲性能的弹性销联轴器。由于闸阀往往由夹紧装置固定，并且扭矩传感器被固定在支架上，以确保安装同心度扭矩传感器和闸阀的阀杆的最大直径不超过0.05 mm，所以需要在装置中添加万向联轴器作为补偿装置，以确保闸阀在不停切换周期时可以持续保持对准状态。为了使用一套液压系统，将满足要求的基本液压回路和辅助组件有机地结合起来，形成测试装置所需的液压系统。

在测试时，如果已经满足了性能鉴定测试条件的全部要求，此时根据闸阀和吊架的性能来启动鉴定程序，最后根据鉴定程序的结果将试件安装在专用试验箱中。这种专用试验箱是一种步入式高低温环境的试验箱，装置所有试件的温度循环测试均在此温度试验箱进行，气压循环测试则由气压升高系统和高压管道系统实现，阀门则是由油泵和油电机的气体收集系统实现了对室温下气体泄漏的检查，低温防爆措施和程序实现了人员和设备的安全防护。

根据以上的实验装置和步骤，井口设备的闸阀检测装置可以很好地满足国家标准的一些检测条件，并初步实现了温度、压力、机械等几个重要方面的综合测试要求，这套检测装置可以很好地帮助闸阀完成密封安全性检测。

3.2 检测部位的选择

闸阀的检测过程有自己的标准，检测部位也有一套完整的流程，一般来说应进行以下3 个检测工作。

（1）检查闸阀的阀体以及阀盖是否存在大面积的腐蚀，如果有则应该对阀体阀盖进行内外的除锈工作，除锈以后锈迹的厚度应该减少约25%，如果必须更换新的闸阀，则必须是铸钢或青铜材料。如果产生腐蚀的部位直径未超过50 mm、除锈后减少超过25%，则允许进行一定的修理，修理后要做强度水压的试验，水压应该按原闸阀的1.5 倍检测。

（2）闸阀阀盖和阀体的接触面应保持良好，检测过程中发现其边缘腐蚀程度应该经过测量，测量结果不能超过螺栓孔的外径，否则应使用补焊光车进行恢复。闸阀阀体的接触面腐蚀也不能超过密封面宽度的1/3，密封线应该保持完整、不能有贯穿形腐蚀，否则应进行光车修理，但光车后法兰厚度不得减少10%。

（3）闸阀阀盖把紧螺栓或螺柱及螺帽，填料压盖螺柱和螺帽不得有严重腐蚀和滑丝现象，否则阀体产生滑丝时，允许将丝扣和扩大一个档次重新绞丝，也允许电焊堵孔重新钻孔绞丝。对于具有传动装置的闸阀，应检查传动杆、支撑套、齿轮、手轮、万向节等腐蚀的情况，它们应有足够强度、开关灵活。

4 结束语

综上所述，工作状态良好的采集装置可以大大提升油气采集的效率，还应考虑到相关装置的安全性问题。井口装置的闸阀检测装置的研究是当前油气采集相关工作人员密切关注的课题，只有做好了相关的安全检测工作，才可以保障整体采集装置的稳定性，并进一步确保工程项目的顺利推进及相关工作人员的生命和财产安全。油气采集相关从业人员要努力学习并研究井口装置的闸阀检测装置，以更好地完成本职工作、顺利推进项目，同时为我国的油气开采做出贡献，推进我国的工业化进程。