UltraLock型閘板液壓缸典型故障分析與排查方法

　　摘要：水下閘板防噴器是海洋鉆井平臺(tái)井控裝置的核心設(shè)備，能有效控制鉆井平臺(tái)鉆井期間發(fā)生的溢流、井涌、井噴等鉆井井控安全問題，目前勘探三號(hào)平臺(tái)閘板防噴配置的三個(gè)閘板液壓缸都是NXTUltraLock型。該形式的閘板液壓缸結(jié)構(gòu)具有設(shè)計(jì)巧妙、使用安全可靠等特點(diǎn)，是當(dāng)今海洋鉆井平臺(tái)的主流配置。本文通過介紹UltraLock型閘板液壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以勘探三號(hào)平臺(tái)作業(yè)期間液壓缸發(fā)生漏液的典型故障及現(xiàn)場如何排查解決該故障為例，可為國內(nèi)半潛式鉆井平臺(tái)同類型閘板防噴器日常使用、故障判斷、液缸檢修等提供指導(dǎo)和借鑒。

　　本文源自中國設(shè)備工程,2020(17):16-17.《中國設(shè)備工程》曾用刊名：(中國設(shè)備管理;設(shè)備管理)1985年創(chuàng)刊是中國工業(yè)領(lǐng)域的國家級宣傳平臺(tái)，國家一級刊物。以宣傳報(bào)道國家工業(yè)發(fā)展工作的戰(zhàn)略、政策、法規(guī)，關(guān)注全球工業(yè)、設(shè)備管理等全面解決方案的專業(yè)載體。它憑借提供準(zhǔn)確、客觀、專業(yè)性的信息，服務(wù)于中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。雜志充分依托國家發(fā)改委、工信部等平臺(tái)資源優(yōu)勢，為企業(yè)搭建政策與市場機(jī)會(huì)的平臺(tái)，為企業(yè)提供展示優(yōu)勢和對接服務(wù)的平臺(tái)，搭建企業(yè)與政府互動(dòng)的平臺(tái)，推動(dòng)中國工業(yè)綠色發(fā)展，推動(dòng)綠色經(jīng)濟(jì)，建設(shè)生態(tài)文明。

　　海上高溫高壓鉆井本是世界級難題，隨著我國油氣勘探開發(fā)向深部、深海推進(jìn)，高壓、高產(chǎn)、高溫油氣井愈來愈多，井控安全成為制約“三高”油氣田勘探開發(fā)的瓶頸，而閘板防噴器是保障平臺(tái)作業(yè)安全的重要井控設(shè)備。本文通過研究UltraLock型閘板液壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及“勘探三號(hào)平臺(tái)”典型的液缸故障分析和排查方法的具體實(shí)例介紹，希望更多的海洋鉆井從業(yè)者更加清晰的了解UltraLock型閘板液壓缸結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)，并能夠在UltraLock型閘板液壓缸出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)判斷并解決。

　　1、UltraLock型閘板液壓缸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　(1)UltraLock自鎖形式液缸特點(diǎn)：這種液缸自鎖方式自適應(yīng)型，能夠適應(yīng)各種尺寸的閘板。根據(jù)井控規(guī)范要求：閘板防噴器通過液壓動(dòng)力源關(guān)閉閘板后，即便失去液壓源也必須維持關(guān)閉狀態(tài)不能自動(dòng)打開，故該閘板液缸內(nèi)部還設(shè)計(jì)了自鎖機(jī)構(gòu)閘板鎖緊。

　　(2)液缸結(jié)構(gòu)形式：該閘板液缸結(jié)構(gòu)由液缸缸體、活塞、閘板軸等組成，Ultralcok關(guān)閉和鎖緊防噴器僅僅通過關(guān)閉液壓就可以實(shí)現(xiàn)，供給開位液壓時(shí)，防噴器解鎖并回到開位位置。

　　(3)液缸自鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)：液缸自鎖結(jié)構(gòu)由鎖緊活塞(LockPiston)、鎖緊桿(LockRod)、鎖緊楔塊(LockWedge)、提升閥(PoppetValve)等組成，如圖1所示。

　　(4)閘板液缸動(dòng)作及自鎖過程：當(dāng)關(guān)閉壓力進(jìn)入整個(gè)活塞總成，推動(dòng)其向關(guān)閉位置移動(dòng)。同樣關(guān)閉壓力推動(dòng)鎖緊活塞移向鎖緊位置。由于提升閥的阻止，開位壓力圈閉在鎖緊活塞后面，因此鎖緊活塞不能向內(nèi)移動(dòng)。只有當(dāng)閘板接觸到鉆桿，開始產(chǎn)生芯子壓力，由于提升閥末端碰撞側(cè)門從而打開提升閥，圈閉壓力可以排泄，鎖緊活塞開始向內(nèi)移動(dòng)。鎖緊活塞向內(nèi)移動(dòng)的同時(shí)驅(qū)動(dòng)4塊楔形塊向外移動(dòng)到并與4個(gè)鎖緊支撐的錐面接觸。液缸內(nèi)的四根鎖緊桿將活塞僅僅的頂住，完成了閘板活塞的自鎖。此時(shí)，如果關(guān)閉液壓消失，楔形的鎖緊活塞將保持防噴器在鎖緊位置。楔形鎖緊活塞具有5°的斜面，意味著閘板橡膠密封壓力或者懸掛鉆桿產(chǎn)生的擠壓力不會(huì)導(dǎo)致楔形活塞后推而打開防噴器。

　　該液壓缸內(nèi)部設(shè)計(jì)的巧妙之處在于液壓缸提升閥(PoppetValve)，該閥在液壓缸動(dòng)作時(shí)可以控制自鎖缸體內(nèi)圈閉壓力，完成自鎖功能。

　　圖1Ultralcok液壓缸結(jié)構(gòu)

　　圖1Ultralcok液壓缸結(jié)構(gòu)下載原圖

　　2、UltralcokIIB液缸的典型故障分析

　　2.1故障描述

　　2019年勘探三號(hào)在LD10-1-13井末期棄井作業(yè)時(shí)，關(guān)閉防噴器中閘板對棄井水泥塞進(jìn)行試壓時(shí)，相關(guān)作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)防噴器控制系統(tǒng)一直有液壓泄漏，通過流量計(jì)觀察流量在90mG/s，該閘板液壓缸形式為：UltraLock型。現(xiàn)場專業(yè)人員通過對儲(chǔ)能器艙BOP控制系統(tǒng)各管線、閥門、軟管束等地面控制系統(tǒng)詳細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)故障原因，故判斷漏點(diǎn)在水下防噴器控制系統(tǒng)。該井已經(jīng)進(jìn)入棄井階段，且井下安全可靠，專業(yè)人員計(jì)劃利用井間將防噴器起出至平臺(tái)后做進(jìn)一步的檢查。

　　2.2故障判斷及原因分析

　　鑒于中閘板在關(guān)閉時(shí)控制系統(tǒng)一直有泄漏的故障，且閘板防噴器是保障鉆井平臺(tái)作業(yè)期間井控安全最可靠設(shè)備，為保障平臺(tái)后續(xù)高溫高壓井的作業(yè)安全，現(xiàn)場專業(yè)人員需要利用井間作業(yè)間隙將此問題徹底解決。現(xiàn)場專業(yè)人員通過仔細(xì)分析防噴器控制系統(tǒng)的原理、研究防噴器閘板的結(jié)構(gòu)形式，建立閘板液壓缸漏液故障樹圖對故障逐項(xiàng)排查，最終查明了故障原因(如圖2所示)。

　　圖2閘板漏液故障樹圖

　　圖2閘板漏液故障樹圖下載原圖

　　2.3現(xiàn)場排查閘板液壓缸漏液故障的過程

　　通過故障樹圖，我們排查閘板漏液可以從閘板液壓缸控制管線、閘板液壓缸控制閥組、閘板液壓缸本體及內(nèi)部等方面逐一進(jìn)行排查。

　　(1)LD10-1-13井作業(yè)結(jié)束后，防噴器從海底起出至平臺(tái)，現(xiàn)場對閘板高壓硬管、高壓軟管、閘板液缸、本體管線、各閥件等進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。

　　(2)SPM閥芯刺壞或彈簧斷裂引起漏液：對閘板液壓缸控制系統(tǒng)開、關(guān)位SPM閥等控制閥組拆檢，檢查閥芯和彈簧等，并將密封件進(jìn)行更換。再次測試該閘板關(guān)位控制，通過流量計(jì)觀察，流量依然存在90mG/s的漏失，因此排除了SPM閥等控制閥組的故障原因。

　　(3)閘板液壓缸本體梭子閥閥芯密封失效導(dǎo)致的漏液：梭子閥作為BOP藍(lán)、黃POD控制系統(tǒng)的重要閥組，如閥芯損壞也可造成藍(lán)黃系統(tǒng)液體互串的現(xiàn)象，因此井間更換中閘板關(guān)位進(jìn)液梭子閥，將中閘板打至關(guān)位后，通過流量計(jì)觀察，流量依然存在90mG/s的漏失，因此排除了梭子閥的故障原因。

　　(4)閘板液缸開位和關(guān)位之間的活塞密封刺斷導(dǎo)致的漏液：閘板液壓缸在關(guān)閉位置，閘板液壓缸開位的SPM閥一直有液體排出，但閘板液壓缸在開位時(shí)，系統(tǒng)則無泄漏，排除了液壓缸活塞密封刺漏的故障原因。

　　(5)閘板液壓缸內(nèi)部自鎖機(jī)構(gòu)密封損壞：水下防噴器控制系統(tǒng)的特性就是閘板液壓缸在關(guān)閉時(shí)，閘板液壓缸開啟腔體內(nèi)的液體會(huì)通過開位控制SPM閥排出，避免活塞背腔的液壓介質(zhì)無法排除，導(dǎo)致活塞無法動(dòng)作。現(xiàn)場通過液壓缸只有在關(guān)閉位置時(shí)系統(tǒng)才泄漏，在開位時(shí)系統(tǒng)無泄漏的現(xiàn)象，仔細(xì)分析閘板液壓缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)如果鎖緊活塞缸套和液壓缸活塞之間的密封環(huán)失效，閘板液壓缸在關(guān)閉位置時(shí)，關(guān)閉腔體的液體可以通過該處的密封滲漏至鎖緊活塞缸套，而此時(shí)液壓缸提升閥(PoppetValve)正處于開啟位置，液體會(huì)通過提升閥(PoppetValve)進(jìn)入防噴器開位控制SPM閥一直排出，導(dǎo)致系統(tǒng)一直處于泄漏狀態(tài)，與我們的故障現(xiàn)象一致。

　　通過故障樹的輔助分析，我們最終判斷出閘板液壓缸故障的根源在于活塞缸套和液缸活塞之間密封環(huán)密封失效，導(dǎo)致了該閘板液壓缸關(guān)閉時(shí)一直漏液。現(xiàn)場通過拆檢液缸更換密封，最終將此問題解決。

　　3、結(jié)語

　　目前國內(nèi)半潛式鉆井平臺(tái)閘板防噴器液壓缸的主流配置為UltraLock型，故相關(guān)從業(yè)人員必須對液壓缸的結(jié)構(gòu)有細(xì)致的了解，才能在設(shè)備出現(xiàn)問題的時(shí)候有清晰的思路去分析解決問題。

　　本文以勘探三號(hào)防噴器閘板液壓缸發(fā)生漏液故障為例進(jìn)行了分析，并通過建立故障樹圖對故障原因進(jìn)行排查，最終排查并解決了閘板液壓缸故障，可為同類型的閘板液缸故障分析提供借鑒和指導(dǎo)。

　　對UltraLock型閘板液壓缸的工作原理及機(jī)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致的分析，能讓更多的從業(yè)人員對UltraLock型閘板液壓缸有清晰的了解。

　　閘板液壓缸作為平臺(tái)井控的關(guān)鍵設(shè)備，一定要按照國標(biāo)及廠家推薦保養(yǎng)規(guī)程進(jìn)行定期的檢查、保養(yǎng)及修理。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[2]防噴器檢查和維修-SY/T6160-2014.石油工業(yè)出版社.

　　[3]吳永良.水下防噴器控制系統(tǒng)故障分析及其處理-以薩哈林某井為例[J].海洋石油,2012,32(4):83-87.