井下安全阀的技术分析

收稿日期:2003 03 19
作者简介:魏忠华(1971 ),男,山东高青人,工程师,1995年毕业于曲阜师范大学,现主要从事化工机械等方面的工作。

文章编号:1001 3482(2003)06 0093 02
井下安全阀的技术分析
蔡 涛1
,魏忠华1
,蔡秀玲
2
(1.胜利石油管理黄河钻井固井公司,山东东营257064;2.胜利石油学校,山东东营257000)
摘要:文章介绍了井下安全阀的分类、工作原理和发展情况,分析了贝壳石油工具公司T 5型井下安全阀在活塞、
永久锁开、连通转换方式、阀板密封、金属密封等方面在设计上的独到之处。

关键词:井下安全阀;密封;活塞
中图分类号:T E931.202 文献标识码:A
Technical analysis of surface controlled subsurface safety valve
CAI T ao 1
,WEI Zhong hua 1
,CAI Xiu ling
2
(1.H uanghe Dr illing and Well Cementing Comp any ,Shengli Petr oleum A dministr ation,Dongying 257000,China;
2.Shengli Petroleum School,Dongying 257000,China)
Abstract:This paper briefly introduces the types,development and working principals of the surface controlled subsurface safety valve(SCSSV),emphasizing on the analysis of the character of M odel T 5SCSSV of Baker Oil T ools in piston,permanent lock open,interacting change ,flapper seal and m etal to metal seal designing.Key words:subsurface safety valve,sealing ,piston 井下安全阀是一种装在油井内防止井喷、保证油井生产安全的井下工具,按控制方式分为地面控制和井下控制2种,按回收方式分为油管回收式和钢丝回收式2种,现在多使用地面控制的油管回收式井下安全阀(SCSSV)。

井下安全阀从产生到现在已经历了约70a,其结构发生了较大变化,最早的井下安全阀是提升杆式,它中间不能通过任何工具;后来又研制出球阀式井下安全阀,中间可通过工具,但当控制系统失效后安全阀将无法再打开,这将导致油井停产,并给油井作业带来很大危险。

现在使用的多是阀板式井下安全阀,它克服了前2种井下安全阀的缺点。

阀板式井下安全阀的结构如图1,工作原理是将井下安全阀联接到油管某一位置,通过液孔管线给井下安全阀加压,压力推动柱塞,使内管压缩弹簧下行将阀板打开,井下安全阀全部打开后阀板位于内管外面被保护起来。

达到控制压力后,弹簧推动内管上行,阀板在扭簧的作用下关闭,阻碍了井内液
体向外流动,起到了安全保护作用。

当阀板密封失效后,可在打孔段开孔,然后下入更小直径的钢丝回收式井下安全阀,将其挂在卡槽内,仍然通过液孔管
线在地面进行控制。

图1 T 5型井下安全阀示意
1 将大直径活塞变为小直径柱塞
井下安全阀的活塞是用来压缩弹簧推动内管打开阀板。

其内部要保存压力以防止井下安全阀关闭,所以,井下安全阀对活塞的密封性能要求严格。

在井下工具设计中常用不同截面的轴管来作活塞,由于活塞直径大,活塞密封圈长,从而增加了漏失的可能性。

另外,为了保证井下安全阀能下到某一深度,并防止控制管线损坏后井内液柱压力将阀板打
2003年第32卷 石油矿场机械
第6期 第93页 OIL FIELD EQUIPMENT 2003,32(6):93~94
开导致井下安全阀无法关闭,所以,采用的活塞面积很小,致使活塞压差面直径非常接近,这样加工中的误差就会对活塞面积产生影响。

而T 5型井下安全阀则将大直径活塞改为小直径柱塞,将柱塞置于通道外面。

由于柱塞直径小,所以,从密封圈上漏失的可能性就大大减小,且直径尺寸上的误差对面积影响可忽略。

当然,这种设计需要加工较高精度的细长孔,在加工上有一定难度。

2 止密封结构
普通活塞只是依靠密封圈将压力密封在活塞内,但在T 5型井下安全阀的柱塞上设计了止密封(如图2)。

当柱塞推到位后,柱塞前端的金属密封面就会与止密封座紧密接触形成可靠的金属密封。

这样柱塞就形成了双密封,提高了密封的可靠性,即使柱塞密封圈发生轻微漏失,仍能够保证安全阀正常工作。

当压力释放后,柱塞被弹簧推回复位后,也有一个密封面形成止密封,
防止井液进入活塞内。

图2 止密封示意
3 阀板的3点接触设计
普通阀板与阀座的接触过程为一次性完全接触,这种方式在井喷流速很大时有可能将阀板打碎,针对这一问题,贝壳石油工具公司设计出了3点接触式阀板,这种阀板与阀座接触时有3个点先接触,其他密封部分后接触,这种结构增加了阀板与阀座的接触时间,减小接触时的冲击力,防止阀板损坏。

4 连通转换方式的改变
井下安全阀液控管线内的压力在正常时与井下安全阀内部通道不连通,当井下安全阀阀板密封失效后,要在安全阀内挂上一个小直径的钢丝回收式安全阀,并通过原来的液控管线对钢丝回收式安全阀进行控制,这就需要将液控管线压力与井下安全阀内部通道连通。

原来的结构方式如图3,正常情况下,液控压力被内密封套密封在液腔内,当内密封套被撞击并将剪钉剪断下移后,液控压力就会传到
井下安全阀的内部通道内。

在钢丝作业过程中,有可能因某种原因而将内密封套撞掉,从而导致井下安全阀失效。

T 5型井下安全阀对连通方式进行了改进,由打掉密封套式改为打眼式,该结构消除了此处密封圈漏失的可能性,也不会因钢丝作业而造成损坏。

当需要连通时,只需下入打眼工具在其薄弱
部分钻眼就可完成。

图3 密封套示意 图4 金属密封示意
5 永久锁打开方式的变化
当井下安全阀液控系统因漏失而失效后,井下安全阀将关闭并失去安全保护作用,这时,只能将阀板打开并锁住,使井下安全阀处于永久打开状态,以保证生产的正常进行,待油井作业时对井下安全阀进行更换。

原来的永久锁打开机构非常复杂,且不完全可靠,有时还有副作用。

T 5型井下安全阀改变了永久锁打开方式,省去了复杂的锁开机构,只是在阀板处下入一个弹性的钢圈将阀板撑开,这种设计既完成了井下安全阀的永久锁开,又简化了井下安全阀的结构,大大减小了井下安全阀的长度和质量,给施工带来很大方便。

6 金属密封
T 5型井下安全阀壳体部分的联接螺纹采用了RBT 形螺纹,该螺纹是一种带金属密封的两级螺纹,当受到压力时,液压力在金属密封部位会产生一个帮助密封的力,使其在高压下也能起到可靠的密封作用。

该螺纹比单级螺纹具有更高的强度,其金属密封可承受内部和外部压力;具有极好的防脱螺纹效果。

另外,井下安全阀的关键是保证阀板密封和活塞密封的可靠性,在设计中要尽量减少泄漏点的数量和长度,并要简化结构,提高井下安全阀的可靠性,其次要减小井下安全阀的尺寸和质量,以便于其搬运和安装。

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