环形防喷器胶芯失效的原因与提高胶芯使用寿命措施探讨

【摘要】石油工业的发展，开采石油的各项技术等均有所提高，对于油井的安全管理也形成了完整的体系。对于出现井喷情况也有相应的预防及应对措施。本文简单阐述了环形防喷器胶芯失效的原因，包括胶芯橡胶弹性下降、胶芯橡胶疲劳而出现断裂或者脱落、胶芯支撑筋疲劳断裂等，并针对上述因素提出了一系列延长胶芯使用寿命的措施，如提高橡胶定伸力、硬度，以提高胶芯的抗磨性、改善胶芯支撑筋结构、优化防喷器胶芯的储存环境等，为从事该行业的人员提供一定会的参考与借鉴。

【关键词】环形防喷器 胶芯失效 原因 使用寿命

在对于油井进行安全管理时，预防其出现井喷是较为重要的项目。环形防喷器技术即是在进行修井和完井等过程中，避免出现井喷而使用的关闭井口的设备。其结构较为简单，使用方便，属于较为常见的井口装置，但是其在使用时需要在液压系统的控制及驱动下才能发挥其功能。该设备的胶芯是修井或完井的过程中起到重要保障作用的构件，如果其在使用的过程中出现损害或者失效的情况，会造成严重的事故，因此对于导致环形防喷器胶芯失效的影响因素进行分析，并作出相应预防措施是十分有必要的[1]。

1 环形防喷器胶芯失效的原因分析

1.1 胶芯弹性降低

弹性或受到三个因素的影响，即形变程度、外力作用持续时间、温度。根据环形防喷器的工作原理，胶芯封闭井压即是橡胶由相邻骨架之间持续被挤出来的过程，此时，胶芯出现了幅度较大的非线性形态变化，而防喷器在使用的过程中被不断的开启或者闭合，胶芯则不断受到挤压而出现反复的形变，逐渐老化，弹性逐步退化，导致防喷器在卸压的状态下利用弹力顺利的打开井口[2]。1.2 胶芯疲劳撕裂或脱落

在胶芯进行封井的过程中，不断受到压缩及剪切的相互作用，挤出橡胶，已达到封井的目的，但是在强大的剪切力作用下，导致橡胶的化学键断裂，并在强大机械力反复作用下，其结构也出现了一系列的物理变化或者化学变化，将其性能完全改变，出现疲劳撕裂或者脱落的现象。

1.3 支撑筋疲劳断裂

如果防喷器的使用次数较多，反复开启、闭合，或者工作量较大，支撑筋上板块及其出现疲劳裂缝。由于封井完毕后，支撑筋的上板块处于悬空状态，如果其承受的外力过大，则容易导致上板块出现弯曲、变形的情况，最终导致断裂的严重后果。

2 延长寿命的相应措施

2.1 提高橡胶定伸应力、硬度

橡胶材料的刚度需要由两个指标来定性，即定伸应力和硬度，其是硫化胶在出现变形的过程中所必须的力，其与拉伸形变有着密切的关系，且二者的变化规律具有一致性。由于交联密度在一定程度上受到定伸应力的影响，纯胶或者补强硫化胶的定伸应力及强度均会在交联密度提高的条件下，随之提高，因此可以对硫化剂、助硫化剂、促进剂、活性剂等品种进行调节以达到提高交联密度，从而提高胶体的定伸应力及硬度。另外还可以选择含硫的促进方式来增加定伸应力，多硫键能够有效的提高定伸应力值，填充剂也对胶体的定伸应力及硬度的提高有一定的作用。胶体的弹性也与交联密度有着直接的关系，其在交联密度的不断提高的条件下，也会随之不断提高，在达到一定的峰值后，会随着交联密度的继续提高而降低，因此在通过提高硫化程度的方式提高胶体弹性时，需要保持在一定的范围内[3]。

2.2 正确的使用环形防喷器

环形防喷器在进行现场安装之后，应根据相应的规范及标准，在现场进行压力测试。将其置入预定层后，根据操控流程及规则，定期将防喷器的开关进行开合操作，以测试封闭井口的情况，如果胶芯出现所有支撑筋完全合拢或者出现其他异常情况，需要及时进行处理，或者直接更换胶芯。如果在井内有钻具并出现井喷情况时，应先使用环形防喷器将井口控制住，但有时由于防喷器没有锁紧装置，容易使胶芯受到较大的损害，因此封井时间不宜过长。如果没有异常情况，一般不对空井进行封闭处理，需要封闭空井时，压力则应保持在工作压力的50%左右，需要释放并降低井内压力时，应按照相应的操作流程进行，不可以采用直接打开防喷器。推荐防喷器在对管柱进行封闭时，其控制压力的峰值为10.5MPa，对空井进行封闭时，控制压力额峰值应为19MPa，在进行压力测试时，压力设定相对较低，保障胶芯的使用寿命，如果出现支撑筋合拢，则需要及时更换胶芯[4]。防喷器在关闭时，钻具的活动应保持为水平方向，不可以进行旋转活动，打开防喷器之后，需要对胶芯进行检查，保障其处于全开的状态，避免挂坏胶芯。防喷器的开关应使用配套的液压油，并保持清洁。

2.3 改善支撑筋结构

提升上板块的强度，扩大胶体和支撑筋的贴合面积，能够使胶芯在受力的条件下易于向中心靠拢，通过改善支撑筋结构的方式提升粘结强度。

2.4 优化环形防喷器胶芯的存储环境

环形防喷器的储存需要就较为良好、适宜的环境，以保障其性能处于良好的状态。储存的环境应在干燥的室内，光线保持在较低的程度，室内温度应处于20℃左右，湿度小于75%。某些设备或条件会对其造成一定的影响，如靠近取暖设备、处于高压带电设备周围、受到阳光直射、接触有腐蚀性的溶液等，都会加速胶芯的老化。在放置胶芯时，应保持松弛状态，避免其扭曲、挤压、或者处于悬挂的状态。在存放的过程中，应加强管理，定期检查。如果胶芯出现弯曲、裂缝、硬化、脆化、裂纹等情况，则已经无法使用，需要进行后期处理。在对其进行硬度测试时，其邵氏硬度保持在62-68HD之间属于正常状态。如果硬度大于68HD，说明橡胶的回弹性不足；如果硬度小于62HD，则说明其所受的外力不足。胶芯在出产后，在满足各种存放条件下，最长的储存期为一年，否则作过期货物处理。

3 总结

修井、完井的过程中需要避免出现井喷等严重后果事故，是钻井安全管理的重要组成部分，环形防喷器预防井喷的常用设备，其胶芯的使用状态、是否受到损害，与预防井喷的效果及修井完井过程的安全有着极为密切的联系。本文总结了环形防喷器失效的主要原因，并提出了延长其使用寿命的方法。在现实的实践中，还需要相关工作人员在具体问题具体分析，根据实际情况对胶芯失效的原因进行全面的调查，并针对该类原因实施有效的解决措施，消除其安全隐患，保障修井完井的完全，提高油井的安全管理水平。

参考文献

[1] 赵军，唐洋.环形防喷器壳体有限元分析及试验研究[J].石油机械.2013，41（02）：87-90

[2] 曹佳，管峰，杜珂.环形防喷器胶芯失效的原因分析[J].油气田地面工程.2013，32（03）：85-86

[3] 张彬.Shaffer旋转防喷器液压泵站故障诊断及配件国产化研究[J].科技创新导报.2011（24）：67

[4] 胡霄，翟桂新，胡慧婷，张旺宁，高怀伟，雷宽成.补偿式多用途环形防喷器的研制[J].石油矿场机械.2013，42（03）：91-93

作者简介

周四祥（1967-）男，汉族，江苏省高邮人，工程师，主要从事石油钻井工作。