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环形防喷器D型

使用说明书

环形防喷器（D型）

河北华北石油荣盛机械制造有限公司

地址：

河北省任丘市会战道

1.用途

环形防喷器必须配备液压控制系统才能使用。

通常它与闸板防喷器配套使用，但也可单独使用。

它能完成以下作业：

●以密封各种形状和尺寸的方钻杆、钻杆、钻杆接头、钻铤、套管、电缆等工具；

●当井内无钻具时，能全封闭井口；

●在使用缓冲贮能器的情况下，能通过18°/35°无细扣对焊接头，进行强行起下钻作业。

●环形防喷器仅是在关井时的一个过渡设备，不能用它长时间的封井，长时间的封井应采用闸板防喷器；

2.产品规格及技术参数

2.1.环形防喷器型号说明

×××××——××

额定工作压力（MPa）

通径代号

产品代号

产品代号：

FH—球形胶芯环形防喷器

FHZ—锥形胶芯环形防喷器

额定工作压力：

主要有四个等级，见下表

表1额定工作压力等级

14MPa（2,000psi），

21MPa（3,000psi）

35MPa（5,000psi）

70MPa（10,000psi）

通径代号见下表：

表2通径代号

通径代号

通径规格

通径代号

通径规格

〃

9〃

〃

11〃

〃

30〃

2.金属材料的温度等级：

表3金属材料的温度等级

温度等级代号

API代码

工作温度范围

T75

-59~121℃（-75~250ºF）

T20

-29~121℃（-20~250ºF）

-18~121℃（0~250ºF）

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）

A15ºF（-26℃）A180ºF（82℃）

B0ºF（-17.8℃）B200ºF（93℃）

C10ºF（-12.2℃）C220ºF（104℃）

D20ºF（-6.7℃）D250ºF（121℃）

如BB代表-17.8℃~93℃的温度级别,具体的温度级别在密封件上有代码标记。

我公司生产的环形防喷器有球形胶芯（D型）和锥形胶芯（A型）密封两种结构。

A型又分为A1和A2两种结构，可用于密封各种形状和不同尺寸的管柱，也可全封井口。

并可在封井状态下进行强行起下作业。

具有承受高压、密封可靠，操作维护方便、开关迅速等优点。

本手册只介绍球形胶芯密封结构（D型）的环形防喷器。

对于锥形胶芯密封的结构环形防喷器（A型）在另外手册里介绍。

表4环形防喷器供货规格和型式

通径in.

工作压力

71/16

135/8

163/4

203/4

211/4

14MPa（2,000psi）

21MPa（3,000psi）

35MPa（5,000psi）

70MPa（10,000psi）

2.2.技术参数

表5：

环形防喷器（D型）规格及技术参数：

项目

参数

规格

FH18-21

FH18-35

FH23-21

FH23-35

FH28-21

FH28-35

FH35-21

FH35-35

FH53-21

FH54-35

通径mm/i通径mm/in.

179.4

71/16

179.4

71/16

228.6

279.4

346.1

135/8

346.1

135/8

527

203/4

539.8

211/4

额定工作压力MPa/psi

3,000

5,000

3,000

5,000

3,000

5,000

3,000

5,000

3,000

5,000

静水压试验压力MPa/psi

6,000

10,000

6,000

10,000

6,000

10,000

6,000

10,000

31.5

4,500

10,000

液控额定工作压力MPa/psi

21/3,000

封闭管柱推荐液控工作压力MPa/psi

≤10.5/1,500

封闭空井时最大工作压力MPa/psi

10.5

1,500

17.5

2,500

10.5

1,500

17.5

2,500

10.5

1,500

17.5

2,500

10.5

1,500

17.5

2,500

10.5

1,500

17.5

2,500

封闭空井推荐液控工作压力MPa/psi

≤10.5/1,500

开启所需最大油量（L）

22.8

110

181

关闭所需最大油量（L）

173

241

吊环（2个）起重重量t

液压油出口联接规格

NPT1

金属本体温度级别

T20（-29℃～121℃）

接触井内介质材料

符合NACEMR-01-75

表6：

环形防喷器（D型）技术参数

参数

型号

顶部联接形式

底部联接形式

整机重量

（kg）

外形尺寸（mm）

FH18-21

栽丝71/16″-3,0006BR45

法兰71/16″-3,0006BR45

1433

745

769

141

309

225

FH18-35

栽丝71/16″-5,0006BR46

法兰71/16″-5,0006BR46

1520

745

797

169

309

225

法兰71/16″-10,0006BXBX156

1570

745

821

193

309

225

FH23-21

栽丝9″-3,0006BR49

法兰9″-3,0006BR49

2398

902

838

148

346

260

FH23-35

栽丝9″-5,0006BR50

法兰9″-5,0006BR50

3061

1016

940

200

590

262

法兰9″-10,0006BXBX157

3146

1016

970

220

610

262

卡箍9″-10,0006BXBX157

2986

1016

860

110

500

262

FH28-21

栽丝11″-3,0006BR54

法兰11″-3,0006BR53

3400

1014

868

164

361

258

FH28-35

栽丝11″-5,0006BR54

法兰11″-5,0006BR54

4460

1146

1084

216

434

313

法兰11″-10,0006BXBX158

4675

1146

1110

242

434

313

FH35-21

栽丝135/8″-3,0006BR57

法兰135/8″-3,0006BR57

5738

1271

1105

170

470

345

FH35-35

栽丝135/8″-3,0006BXBX160

法兰135/8″-5,0006BXBX160

6415

1271

1150

200

470

340

法兰135/8″-10,0006BXBX159

6745

1271

1240

290

470

340

FH53-21

栽丝203/4″-3,0006BR74

法兰203/4″-3,0006BR74

6994

1375

1293

260

569

414

FH54-35

栽丝211/4″-5,0006BXBX165

法兰211/4″-5,0006BXBX165

20230

2240

1718

315

1201

140

564

注:

1.法兰型式均采用API6A标准

表7环形防喷器（D型）零件明细

序号

名称

数量

零件号

FH18-21

FH18-35

FH23-21

FH23-35

FH28-21

FH28-35

FH35-21

FH35-35

FH53-21

吊环

11168.01

11143.12

9303.05

F35.05

销铀

11168.04

11143.01

9303.06

F35.07

开口销8

GB91-86

顶盖

11827.02

11168.05

11143.02

9303.02

11150.02

11135.01

RS11186.02

F35-02

111100.01

螺母

1套

11143.13

9303.03

11150.03

11135.11

F35-04

11135.11

螺栓

1套

11168.06

11143.14

9303.04

11150.04

11135.12

F35-03

111100.11

球形胶芯

11168.07.00

9301.10.00

11150.10.00

11135.02.00

F35-11

111100.02.00

支持圈内O型密封圈

11168.08

11143.03

9303.11

11150.11

11135.03

F751A.13.03

111100.03

支持圈

11168.09.00

11143.04.00

9303.12

11150.12.00

11135.04.00

F35-12

111100.04.00

支持圈外O型密封圈

11168.10

11143.05

9303.13

11150.13

11135.05

F35-13

111100.05

支持圈用密封圈

2组

11168.11

11143.06

9303.15.00

11150.15.01

11135.06

F35-14

111100.06

支持圈耐磨圈

11168.09.01

11143.04.01

9303.12.01

11150.12.01

11135.04.01

F35-15

111100.04.01

壳体用密封圈

2组

11168.12

11143.07

9303.14.00

11150.14.00

11135.07

F35-16

111100.07

壳体耐磨圈

11168.13.01

11143.09.02

9303.01.01

11150.01.01

11135.09.02

F35-17

111100.09.02

活塞用密封圈

2组

11168.14

11143.08

9303.16.00

11150.16.00

11135.08

F35-19

111100.08

活塞耐磨圈

2组

11168.15.01

11143.10.01

9303.17.01

11150.17.01

11135.10.01

F35-18

111100.10.01

活塞

11168.15.00

11143.10.00

9303.17.00

11150.17.00

11135.10.00

F35-20

111100.10.00

壳体

11827.04.00

11168.13.00

11143.09.00

9303.01.00

11150.01.00

11135.09.00

11186.01

F35-01

111100.09.00

11168.13.00A

9303.01.00A

11135.09.00A

F35-01A

丝堵NPT1

9301.29

接头

…

11705.46A

防尘圈

…

9303.20

…

注意：

表7中序号18壳体的零件号要依据其法兰连接情况而做相应的改变。

图1环形防喷器（D型）内部结构

图2环形防喷器（D型）零件序号

图3FH54-35环形防喷器零件序号

表8FH54-35环形防喷器零件明细

序号

件号

名称

数量

RS11801.01

壳体

RS11801.02

铭牌

RS11801.03

活塞

031024

活塞用外密封圈

RJ11705.46

转换接头NPT1-NPT11/2

F9301.29

丝堵NPT1

031018

壳体用密封圈（下）

031088

壳体用密封圈（上）

031025

防尘圈用内密封圈（下）

031087

防尘圈用内密封圈（上）

RS11801.04

防尘圈

150853

球形胶芯

RS11801.13

0形密封圈φ1138x8.6

031026

0形密封圈φ1464x9.5

RS11801.05

爪盘

GB3452.1-92

0形密封圈φ53x5.3

RS11801.06

爪盘螺钉

GB3452.1-92

0形密封圈φ25x2.65

RS11801.07

爪盘支护螺钉

RS11801.08

顶盖

RS11801.09

0形密封圈φ1490x9.5

RJ11185.07

顶盖夹头

RJ11185.06

调节螺钉

GB10603-89

卸扣S-BW32

3.工作原理

发现井涌需要封井时，从控制系统输来的高压油从壳体下油口进入活塞下部关闭腔推动活塞向上运动，迫使胶芯沿球面向上向心运动，支承筋相互靠拢，将其间的橡胶挤向井口中心，实现密封钻具或全封闭井口。

打开时，液控压力从壳体上油口进入活塞上部开启腔，推动活塞下行，胶芯在本身弹力作用下复位，将井口打开。

4.结构特点

具体结构请参见图1和图2。

FH54-35参见图3。

4.1.结构简单可靠

防喷器由壳体、顶盖、支持圈、活塞、胶芯等五个主要件组成。

零件数量少，使防喷器更加可靠和易于维修，在现场拆装均匀很方便。

液压联接有控制活塞开关两个接口，部分防喷器上的接口有保护座，可以延长壳体接口的使用寿命；高度尺寸小、重量轻；

4.2.耐磨圈结构

活塞、壳体及支持圈间的运动密封面均加有耐磨圈，避免了活塞运动中金属与金属的直接接触，保护了活塞和壳体；

4.3.唇形密封圈结构

密封均采用唇形结构的密封圈，最大限度地降低了密封圈的磨损，而且密封可靠，避免了泄漏；

图4环形防喷器唇形密封圈结构

FH54-35密封钻井液的动密封均采用Yx形结构的密封圈，除了具有普通唇形密封圈的作用外，还具有刮泥作用，减小了井内泥砂对相对运动零件表面的刮伤与磨损。

图5FH54-35环形防喷器Yx形密封圈结构

4.4.抗硫化氢性能

防喷器内部接触钻井液的零件具有抗硫化氢性能，满足NACEMR-01-75规范要求。

4.5.球形胶芯

胶形呈半球形，它是由沿半环面呈辐射状的弓形支承与橡胶硫化而成，支承筋用合金钢制造。

在胶芯打开时，这些支承筋将离开井口，回复原位。

甚至在胶芯严重磨损时也不会阻碍于井口。

不易翻胶：

在封井状态，井压使胶芯中部橡胶上翻，而支承在球面上的支承筋阻止上翻，使橡胶处于安全受挤压状态，可承受较大的压力而不至撕裂。

漏斗效应：

球形胶芯从自由状态到封闭状态，各横断面直径的缩小是不等的，上部缩小的数值大，下部缩小得小，因而胶芯顶部挤出橡胶最多，底部最少，形成倒置漏斗状。

这种橡胶的流向不仅可以提高密封性能，而且使钻杆接头易于进入胶芯。

在下钻时，因井压向上压缩胶芯免于拉应力而提高了胶芯使用寿命。

橡胶贮备量大：

这种胶芯的橡胶储量比其他类型的胶芯大得多，在强行起下钻具被磨损之后，有较多的备用橡胶可陆续挤出补充，特别适于海洋浮式钻井船上由于海浪冲击而引起钻具和胶芯频繁磨擦的场合使用。

胶芯使用寿命长，可以完成深井的起下作业而无需要更换胶芯。

井压助封：

在关井时，作用在活塞内腔上部环形面积上的井压向上推活塞，促使胶芯密封更紧密，增加密封的可靠性。

弓形支承筋使得胶芯与顶盖间的磨擦为钢对钢的磨擦，大大小于橡胶对钢的磨擦力，从而也减小了关闭压力。

当井内有钻具时，可用将胶芯切割开套入井内钻具，然后安装胶芯。

图6

5.操作与维护

5.1.安装

在钻井装备中，环形防喷器尚需配备下列设施：

⑴液压控制装置；

⑵联接到防喷器下端关闭口的控制管线；

⑶联接到防喷器上端开启口的控制管线；

⑷若进行强行起下钻作业，应配备缓冲贮能器，并且贮能器预先冲一定压力的氮气；

⑸为适应各种场合下，调节液压控制压力的调压器。

表9螺柱、螺钉连接上紧扭矩推荐值（公制）

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

N·m

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

N·m

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

N·m

M12

M33×3

1292

M52×3

5505

M16

153

M36×3

1737

M38×3

7892

M20

266

M39×3

2272

M64×3

10885

M22

424

M42×3

2910

M70×3

14549

M27

643

M45×3

3654

M76×3

18957

M30×3

930

M48×3

4516

M80×3

21565

表10螺柱、螺钉联结上紧扭矩推荐值（英制）

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

ft•lb

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

ft•lb

螺柱、螺钉规格

上紧扭矩

ft•lb

1/2-13UNC

11/4-8UN

953

2-8UN

4060

5/8-11UNC

113

13/8-8UN

1281

21/4-8UN

5821

3/4-10UNC

196

11/2-8UN

1676

21/2-8UN

8028

7/8-9UNC

313

15/8-8UN

2146

23/4-8UN

10731

1-8UN

474

13/4-8UN

2695

3-8UN

13982

11/8-8UN

686

17/8-8UN

3331

31/4-8UN

17830

5.2.强行起下钻操作

强行起下钻时胶芯的工作状况比较恶劣，胶芯磨损严重，所以为使胶芯寿命延长，不致过早地损坏，必须依照下面程序进行操作：

⑴先以10.5MPa的关闭液压关闭防喷器

⑵逐渐减少关闭压力，直到有些轻微渗漏，然后进行起下钻作业。

有微小的渗漏可以润滑管柱与胶芯的接触面，防止胶芯温度过高，当胶芯磨损漏失量太大时，可适当增加些液控关闭压力。

注意起下钻应使用带18º接头的钻具，过接头时起下钻的速度不得大于0.2米/秒；

⑶若在起下钻时不允许有渗漏，那么液控关闭压力应调节到刚好满足密封为止。

⑷当关闭压力达到10.5MPa，胶芯仍漏失严重，说明该防喷器胶芯已严重损坏，应及时更换胶芯后再进行起下钻作业。

5.3.正确使用环形防喷器

⑴防喷器在现场安装后，应按照有关标准规范条例要求进行现场试压；

⑵进入目的层后，每次下钻两次，要试关防喷器一次，检查效果，如发现胶芯失效或其他问题，应立即更换处理；

⑶在井内有钻具发生井喷时，可先用环形防喷器控制井口，但尽量不作长时间封井。

一则因为胶芯易过早损坏，再则无锁紧装置。

当需要长时间封井时应采用闸板防喷器。

非特殊情况，不作封闭空井。

要注意：

封空井最大井压为额定工作压力的一半！

⑷防喷器处于关闭状态时，允许上、下活动钻具，但不允许旋转钻具；

⑸严禁用打开防喷器的方法来泄井内压力，以防刺坏胶芯；

⑹每次打开后，必须检查胶芯是否全部打开，以防钻具挂坏胶芯；

⑺防喷器的开、关应使用液压油，并应注意保持清洁；

⑻环形防喷器进行压力试验时，注意所用试验钻杆应与底部的试验盲法兰固定联结，不能让钻杆直接挂在胶芯底部，使胶芯直接承受钻杆向上的作用力。

6.零部件拆装

以下内容不包括FH54-35环形防喷器，参见图2。

6.1.拆卸

6.1.1.胶芯的更换

⑴卸掉顶盖与壳体的联接螺母（序号5）；

⑵吊起顶盖；

⑶在胶芯上拧入吊环螺钉、吊出胶芯。

若井口有钻具时，应先用割胶刀（借助撬杠，肥皂水润滑口刃）将新胶割开，割面要平整。

同样将旧胶芯割开，吊出，换上割开的新胶芯。

6.1.2.支持圈与活塞拆卸：

⑴卸掉壳体上进、出油口上的丝堵（或管线），然后拆掉顶盖、胶芯（依上

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