FZ-闸板防喷器

使用说明书
FZ35-105闸板防喷器
河北华北石油荣盛机械制造有限公司
目录
1. 用途 (1)
2. 技术参数 (1)
2.1. RS闸板防喷器型号说明 (1)
2.2. 闸板防喷器的技术参数 (3)
3. 工作原理 (5)
3.1. 闸板开关动作原理 (5)
3.2. 井压密封原理 (6)
4. 主要零部件结构及特点 (7)
4.1. 结构特点 (7)
4.2. 剪切闸板 (8)
4.3. 闸板轴密封机构 (9)
4.4. 二次密封机构 (10)
4.5. 锁紧轴密封机构 (12)
4.6. 闸板手动锁紧机构 (13)
4.7. 油阀开关 (13)
4.8. 侧门密封圈 (15)
5. 产品结构及零部件明细 (16)
5.1. 零部件明细 (16)
5.2. 易损件明细表 (19)
6. 安装、使用及注意事项 (19)
6.1. 使用前的准备工作 (19)
6.2. 使用方法及注意事项 (21)
7. 维护与保养 (22)
7.1. 闸板及闸板密封胶芯的更换 (22)
7.2. 液缸总成的修理与更换 (23)
7.3. 液缸总成的安装 (24)
7.4. 侧门密封圈的更换 (24)
7.5. 开、关侧门活塞杆的拆装 (25)
8. 胶件的存放 (26)
9. 常见故障及处理方法 (27)
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：
✧当井内有管柱时，配上相应管子闸板能封闭套管与管柱间环形空间；
✧当井内无管柱时，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内管柱，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
额定工作压力：共有六个等级，见下表
表2
2.金属材料的温度等级：
表3
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）
A 15ºF(-26℃) A 180ºF(82℃)
B 0ºF(-17.8℃) B 200ºF(93℃)
C 10ºF(-12.2℃) C 220ºF(104℃)
D 20ºF(-6.7℃) D 250ºF(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
表5可配备闸板规格
图 2 防喷器侧门打开状态
图 3 2FZ35-105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秒内即可完成开、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；二是在井内有压力时，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
1
2
3
表6：闸板总成零件表
4.2. 剪切闸板
图7 剪切闸板
表7 剪切闸板零件明细表：
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内，两侧挡有侧密封。

剪切闸板在防喷器内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105 MPa。

▲！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
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，用内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
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
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
油阀装配在缸盖内部，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。

1
2
3
4
图11 油阀结构
图12 油阀关闭状态
表11油阀零件明细表
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
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
注：数量中括号内的数字为双闸板防喷器的数量
5.2. 易损件明细表
注：数量中括号内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，应在防喷器内加满水，并且开关闸板活动一次，以排除闸板腔内闸板后部的空气。

表14螺柱、螺钉连接上紧扭矩推荐值（公制）
表15螺柱、螺钉联结上紧扭矩推荐值（英制）
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）当井内无管柱，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。

当井内有管柱时，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。

每次起钻完后还应做全封闸板开关试验，井内有管柱时严禁关闭全封闸板。

5）不允许用打开闸板的方法来泄压，以免损坏胶芯。

每次打开闸板前应检查手动锁紧装置是否解锁。

打开后要检查闸板是否处于全开位置（全部退回到壳体内），以免钻具损坏闸板。

6）注意保持液压油清洁。

7）防喷器用完后，应使闸板处于全开位置，以便检修。

7.维护与保养
防喷器每服务完一口井都要进行全面的清理、检查，有损坏的零件及时更换，壳体闸板腔涂油防锈，联接螺纹部分涂丝扣油。

7.1. 闸板及闸板密封胶芯的更换
闸板密封胶芯是防喷器能否起封井作用的关键件，一旦损坏，防喷器就起不了封井作用。

因此必须保证完整无损，发现密封面损坏，必须及时更换。

更换闸板及闸板密封胶芯的步骤如下：
▲！注意应使手动锁紧装置处于解锁状态。

I.用液压油打开闸板，使闸板处于开启位置；
II.松开侧门螺栓，注意若防喷器装在井上，井内如有压力是不能卸侧门螺栓的；
III.将油阀关闭，即将油阀拧到底，并拧紧；
IV.用小于10.5MPa的液压油打开侧门，即实施关闭闸板动作，将侧门打开到极限位置；
V.若此时闸板没有处于开启位置，则操作液控装置的打开闸板动作，将闸板打开到全开位置即停，防止侧门关闭，必要时可在侧门和壳体间垫两块尺寸相同的木方；
VI.将闸板总成从闸板轴尾部向上提出。

取出闸板总成时，注意保护开、关侧门活塞杆，避免磕碰及擦伤；
VII.更换闸板橡胶件，先向上撬出顶密封，然后向前卸掉前密封，更换新胶芯。

装配顺序相应反顺序即可。

▲！注意：装配完毕后打开油阀，然后再操作闸板的开关。

7.2. 液缸总成的修理与更换
1)如果闸板轴密封、活塞密封、锁紧轴密封、开、关侧门活塞杆密封
如有损坏漏油，均应拆卸进行检修，具体步骤如下：
I.用小于10.5MPa的压力，操作液控装置的关闭闸板动作打开侧门，取
下闸板总成；
II.泄掉液缸内的压力，在液缸下面放置一干净油盆，防止拆卸中液压油流到地面；
III.卸掉缸盖固定双头螺柱及螺母，拧下缸盖与锁紧轴，将锁紧轴从缸盖中轻轻打出；
IV.取下液缸、缸筒；
V.拔出闸板轴；
VI.用吊车吊住侧门，拧下开、关侧门活塞杆。

VII.卸掉挡圈，取出侧门内的闸板轴密封圈，同样方法取出缸盖内的锁紧轴密封圈。

2）卸后的检查部位如下：
液缸、缸筒内壁：液缸、缸筒内表面产生纵向拉伤深痕时，即使更换新的密封圈也不能防止漏油，应换新的液缸、缸筒，同时检查活塞等相关件，找出拉伤原因并予以解决，如果伤痕是很浅的线状摩擦伤痕或点状伤痕，可用极细的砂纸和油石修复。

闸板轴、锁紧轴、开、关侧门活塞杆密封表面：密封表面有拉伤时，
判断和处理方法同液缸。

如果镀层剥落，将会产生严重漏失，必须更换新件。

密封圈：应首先检查密封件的唇边有无磨损情况，以及“O”形密封圈有无挤出切伤等，当发现密封件有损坏或伤痕时，要予以更换。

活塞：活塞的活动密封面不均匀磨损的深度超过0.2mm时，就应更换，其它表面不能有明显影响密封的伤痕。

7.3. 液缸总成的安装
安装时依照拆卸的反顺序进行，但要注意以下几点：
Ⅰ. 检查零件有无毛刺或尖棱，如有应去掉，这样才能保证密封圈不会被刮伤。

并注意保持清洁。

Ⅱ. 装入密封圈时，密封圈表面要涂润滑油，相对密封面也要涂油，以利于装配。

Ⅲ. 注意唇形密封圈的方向，唇边开口对着有压力的一方。

Ⅳ. 注意使密封圈能顺利地通过螺纹部分，不要刮坏。

7.4. 侧门密封圈的更换
当侧门密封圈的密封橡胶件或骨架损坏时，就需要拆除侧门密封圈，具体步骤如下：
I.用液压打开侧门；
II.用两个M10的顶丝拧入侧门密封圈上下两侧的螺孔内，将侧门密封圈顶出，顶出时同时撬动左右两侧；
III.更换密封件。

在安装密封件时应注意：侧门密封圈是有方向性的，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；
IV.安装侧门密封圈。

在侧门密封圈槽中和侧门密封圈上涂润滑油，将侧门密封圈放入槽中，用螺丝刀轻轻将唇边密封圈的唇边压入槽内，在左右两端用两个M10的螺丝将侧门密封圈压入槽中，然后取出螺丝。

7.5. 开、关侧门活塞杆的拆装
当开、关侧门活塞杆与壳体或侧门相配合的密封圈损坏时，或者需要修理侧门时，就需要拆卸开、关侧门活塞杆，开、关侧门活塞杆与壳体是螺纹联结，并在其上靠近壳体处有扳手扁方。

应按照以下程序进行拆卸和安装：
I.拆除液缸总成，只留下侧门和开、关侧门活塞杆；
II.将侧门推到靠近壳体的部位，以不影响扳手操作为准；
III.用吊车轻轻吊挂侧门，使侧门对开、关侧门活塞杆的下压程度减小到最小；
IV.逆时针旋转开、关侧门活塞杆，将其向外旋出，注意：如果在旋转中有转动不畅时，不应强制加力拆卸，以免损坏开、关侧门活
塞杆与壳体的配合表面，这时应调整侧门的吊挂程度，然后在进
行试拆装。

V.装配时与上述方法相同，注意应在配合表面和丝扣上涂润滑油，
并且在装配开、关侧门活塞杆前检查各部位的密封圈是否都安装到位。

8.胶件的存放
所有橡胶件都应按下列规定合理存放：
I.必须存放在光线较暗且又干燥的室内。

温度0-25ºC，避免靠近
取暖设备和阳光直射；
II.不能有腐蚀性物质溅到橡胶件上；
III.橡胶件应远离高压带电设备，因为这些设备可能产生臭氧；IV.应使橡胶件在松弛状态下存放，不能弯扭，挤压和悬挂；
V.经常检查，如发现有变脆、龟裂、弯曲、出现裂纹者不可使用；VI.一般条件的储存期为2年。

9.常见故障及处理方法
图15 F35-105防喷器组联结示意图。