旋塞與頂驅考克分析研究

張亮

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院欠平衡鉆井技術研究所，黑龍江大慶163413）

1 概述

方鉆桿旋塞是鉆柱循環系統中的手動控制閥，起到切斷鉆柱內部通道，實現高壓（35/70/105MPa）密封防止井涌或井噴發生的作用。方鉆桿旋塞閥分為方鉆桿上旋塞閥和方鉆桿下旋塞閥。方鉆桿上旋塞閥為左旋連接;方鉆桿下旋塞閥為右旋連接。方鉆桿上旋塞閥接于水龍頭下端與方鉆桿上端之間。方鉆桿下旋塞閥接于方鉆桿下端與鉆桿保護接頭的上端之間[1]。頂驅考克是頂驅主機循環系統中的手動和自動控制閥，其壓力等級和基本作用與方鉆桿旋塞一致。頂驅考克分為上、下考克，上下考克連接在一起，置于頂驅主軸和頂驅保護接頭之間。

2 方鉆桿旋塞結構特點介紹

通過調研，國內絕大部分方鉆桿旋塞采用如圖1所示的結構。主要由閥本體、上下閥座、旋鈕、閥球、擋圈、彈簧等組成，旋塞閥本體采用整體式結構，側面開有旋鈕孔。該結構有以下特點[2]：

圖1 方鉆桿旋塞典型結構

（1）核心機構采用常規球閥式結構，旋鈕與球采用鑲嵌式拼盤鍵連接結構；

（2）球閥與閥座之間采用金屬密封，通過配合研磨實現球面嚙合；

（3）內球座安裝波形彈簧，實現彈簧預緊力輔助密封；

（4）可以實現最大0.5MPa背壓下手動的帶壓打開，最大2MPa背壓下遙控打開。井涌或有排量時可以正常關閉。

由于旋塞閥工作環境特殊，還要求旋塞閥體具有以下特點：

（1）由于球與閥座之間采用金屬對金屬的密封，從頂部來的壓力在下閥座與浮球之間形成密封，從井下來的壓力在上閥座與浮球之間以及下閥座與浮球之間形成密封，利用多重密封保證密封的可靠性。

（2）可在閥上部增加壓力，自動平衡較高的油氣井壓力，使閥能在額定工作壓力下順利打開。

（3）為了防止轉動手柄時使浮球轉過了90°，該閥需設置手柄正向旋轉停止點，才能保證閥在關閉時能完全關閉，開啟時能完全打開，使閥有一個平滑順暢的流道。

（4）方鉆桿旋塞的通孔應盡量和方鉆桿水眼相同，旋塞的工作壓力必須大于防噴器的工作壓力。

（5）方鉆桿旋塞需要專用的扳手來操作，此扳手應保存在容易取放的地方，以保證在發生突發事件時能夠快速地關閉旋塞，保證工作的安全。

3 頂驅考克結構特點介紹

頂驅考克是頂驅主循環承載系統內部的一個部件。頂驅考克可實現鉆具內快速（司鉆操作旋鈕后1～2s內完成）截止防噴，鉗工手動截止防噴、接單跟防濺等功能。圖2是頂驅主循環承載系統的三維模型[3]。

圖2 頂驅考克在頂驅主循環承載系統的位置關系圖

圖2中：

（1）主軸——是頂驅向下傳遞鉆井扭矩的核心部件；

（2）防松法蘭——是使用頂驅卸扣時，防止頂驅內部螺紋松扣的輔助裝置；

（3）分體式上考克、下考克——上下考克完全一致，采用雙旋鈕機構；

（4）一體式上考克、下考克——雙球四旋鈕，對稱式結構，可顛倒使用；

（5）遙控機構——液壓機械動力代替人力使旋鈕旋轉90°；

（6）保護接頭——直接與下部鉆桿母扣連接；

（7）背鉗、背梁——實現對下部鉆桿母扣的上卸扣，功能類似于液壓大鉗。

4 頂驅考克與方鉆桿旋塞區別

頂驅考克與方鉆桿旋塞工作性能一致，壽命通常為連續使用半年以上。頂驅考克與方鉆桿旋塞比較有以下區別：

（1）機械結構區別：

①頂驅考克為了實現手動和遙控雙驅動功能，其旋鈕單元為雙向驅動。而方鉆桿旋塞為單旋鈕，二者旋鈕單元零件的機械結構不同。

②頂驅考克與考克之間需安裝防松法蘭，防松法蘭安裝條件為考克的外徑尺寸公差在0～0.1mm以內，同軸精度達到0.05mm以內。而方鉆桿旋塞不涉及到安裝防松法蘭的問題，因此對外徑尺寸無特殊要求。

（2）工作便捷性區別：

①頂驅遙控考克完全由司鉆控制，司鉆操作旋鈕后，1～2s內即可完成關閉或打開操作1次。鉆井隊通常使用遙控考克進行接單跟防濺，操作便捷，省時省力。

②頂驅考克拆卸操作復雜，需要依次卸開背梁銷軸、背鉗銷軸、使背鉗向后傾斜、拆防松法蘭A、使用B型鉗卸保護接頭、拆防松法蘭B、使用B型鉗卸下考克、拆遙控機構、拆防松法蘭C、使用B型鉗卸上考克。完成上述操作通常需要1h以上。因此頂驅考克需要頂驅驅檢修維護，提前發現故障，盡量在非生產時間進行更換。

5 總結

（1）頂驅考克為手動、遙控雙驅雙向驅動，而方鉆桿旋塞為單向。

（2）頂驅考克對外徑尺寸有著嚴格要求，而方鉆桿旋塞沒有特殊要求。

（3）在實際生產過程中，司鉆可單獨操作遙控考克進行鉆進工作，方便快捷，但頂驅考克安裝拆卸過程相對復雜，需要定期保養維修。方鉆桿旋塞需人工操作但拆卸更換保養較為容易。

[1]聶海濱，于興盛，岳蘇，羅西超.旋塞閥密封失效機理分析與改進[J].北京石油機械廠，2010，39（4）:53-56.

[2]朱衛新，羅勇，陳彬，唐一元等.方鉆桿旋塞閥工藝改進設計[J].石油礦場機械，2009,38（3）:85-87.

[3]北京石油機械廠.頂部驅動鉆井裝置操作手冊[Z].2005:7-36.