采氣井口裝置法蘭式平板閘閥泄漏原因分析

姜 超，李雪野

（中國石油渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司，遼寧盤錦 124000）

0 引言

不同地區氣田在開展采氣工作時，都需要有效結合井口裝置平板閘閥的積極作用。根據相關調查和研究可以發現：受多種因素的影響，閘閥在運用過程中經常會出現一些故障問題，嚴重影響采氣工作的順利開展。由此可見，研究采氣井口裝置法蘭式平板閘閥泄漏原因具有積極的意義。

1 法蘭式平板閘閥使用及泄漏概況

1.1 采氣井口裝置法蘭式平板閘閥使用情況

在開展采氣井口裝置選擇工作時，需要綜合性考慮到氣井壓力、氣井產量、天然氣酸性等多方面內容對其所產生的影響。根據相關調查研究可以發現，現階段采氣井口裝置閘閥使用范圍較為廣泛的是KQ65-60、KQ65-70、KQ78-105 等規格。從閘閥功能角度進行分析，主要是在井口裝置中發揮著連接和關斷氣流通道的作用。如果需要完成氣井開關控制工作，也可以利用閘閥優勢完成相關操作。在設計時，設計人員通常會在閘閥內部設置一個導流孔。閘閥設計結構、操作相對簡單，已經被廣泛應用到了KQ65-70、KQ78-105 等一些高壓井口裝置工作中。對西南油氣田川東某氣田進行了綜合性研究，發現目前在該地區已經出現了70 余套法蘭式平板閘閥。

1.2 法蘭式平板閘閥泄漏情況分析

結合相關市場調查和專家、學者的論著研究，法蘭式平板閘閥出現的泄漏主要分為內漏和外漏兩種類型。出現內漏問題時，井口閘閥處于全開狀態，唯有在關井時才可以發現。從這一角度分析，出現內漏現象的概率相對較小。閥門外漏主要是指其在運行過程中，其中的密封脂、天然氣或水因內部熱量燃燒而出現了漏失到大氣的現象。綜合對外漏部位的調查可以發現，該現象主要集中在鋼圈、閥桿盤根等重要部位。例如，西南油氣田川東某氣田先后共出現了鋼圈泄漏30 余次、尾桿泄漏50 余次，情況較為嚴重。

1.3 法蘭式平板閘閥泄漏特點分析

綜合對各種泄漏事故的研究可以發現，當法蘭式平板閘閥泄漏時主要表現有以下4 個特點。

（1）從泄漏閥門角度進行分析，其集中化特征較為明顯。如果發現其中某處出現了泄漏，整個裝置上通道其他處閘閥也會相繼出現泄漏，從而產生一系列影響。

（2）當發現泄漏問題之后，在經過一段時間維修之后能夠確保泄漏閥門保持不漏狀態。但這種狀態持續時間較短，如果未長期對其進行控制，將會在后期運行過程中長期處于泄漏狀態中。

（3）不同批次井口裝置其泄漏部位、泄漏特點會出現一定差異，但對于同一批次井口裝置，它們在泄漏部位和泄漏特點方面并無明顯差異。

（4）當出現法蘭式平板閘閥外漏現象時，經常是以漏脂現象出現。如果工作人員未對其進行及時控制，就會相繼出現漏液和漏氣現象。

2 法蘭式平板閘閥泄漏原因分析

2.1 外漏原因

從法蘭式平板閘閥的閥座密封構成角度來看，其主要是由閘板、閥座浮動、介質壓力組合而成，同時借助到密封脂的作用，共同達到密封的目的。氣井閥門在長期運行過程中會處于開啟狀態，如果在關閉時不能夠對其進行有效控制，保障閥座處于緊貼閘板的狀態，很有可能因為密封脂的缺乏導致出現泄漏問題。

2.2 內漏原因

2.2.1 法蘭式平板閘閥閥蓋密封結構及壓力影響

在構建過程中，法蘭式平板閘閥閥蓋通常會借用單面密封墊環的方式完成閥蓋建造工作，這種墊環也被稱為“鋼圈”。在墊環運用過程中，需要著重考慮壓力對其所產生的影響。單面密封墊環通常被應用在壓力正常情況下，如果出現了壓力較低現象，則需要利用R 形鋼圈完成密封工作。從密封原理角度進行分析，主要是利用到了螺栓、鋼圈、閥體和閥蓋等部位組合而成形成的一種力量。在運用過程中，需要確保螺栓壓緊力得到有效發揮，使鋼圈和閥體、閥蓋之間形成一種較大的比壓，從而達到強制密封的目的。如果其工作環境壓力較大，那么法蘭密封墊則需要用BX 鋼圈、6BX 閥蘭的方式對其進行有效連接。結合BX 鋼圈特點進行分析，可以很明顯發現其徑向緊密封特征較為突出，呈現出一種八角形形態。金屬質地環墊材料在整個工作中發揮了重要作用，如果能夠將其安裝在法蘭面的梯形環槽內部，當螺栓處于擰緊狀態時，會受到縱向壓縮力的影響產生塑性變形問題。BX 鋼圈處于23°斜面狀態時是最為理想的密封比壓狀態，會形成一種較為明顯的環狀密封帶，完成最初密封工作。當壓力處于逐漸上升態勢時，鋼圈中徑和法蘭溝槽中徑中會存在一定差值，該差值很容易受到介質壓力的作用和影響，使得環墊出現一種徑向擴張態勢。當墊片和梯形槽出現緊貼狀態時，便可以產生自緊作用。此時，23°的BX 鋼圈便可以借助法蘭的作用，起到增壓墊圈的作用，從而達到密封目的。

結合西南油氣田川東某氣田研究可以發現：該氣田在最初發展階段，長期保持其井口壓力處于500 MPa 狀態下。在經過20多年開采工作之后，其井口壓力也在呈現處一種下降態勢。就現階段所調查的數據顯示：其井口壓力已經下降到了10 MPa 左右。因閥腔內部介質壓力的逐年下降，導致鋼圈壓力出現了較為明顯的變形。雖然在前期開采工作中，受到介質壓力較大的影響，并沒有導致其螺栓出現較為明顯的塑性變形問題。但從另一方面來看，該現象也會導致其閥蓋封面預緊力不夠的問題。

2.2.2 法蘭式平板閘閥尾桿組合盤根結構

西南油氣田川東某氣田在采氣井口裝置法蘭式平板閘閥閥尾桿處主要運用的是組合盤根方式，借助密封脂輔助作用完成密封工作。在密封材料方面，主要利用高飽和氫化丁晴橡膠的優異性能。在最初使用時閘閥腔壓力過高，為避免泄漏現象，加大了對盤根壓蓋的填壓力度，導致組合盤出現了壓力漸變問題。在這一變化過程中，盤根因為老化現象出現彈性下降的問題，不能完全恢復原本特性。

2.2.3 溫度變化的影響

在泄漏井口閥門中，井口在最初投入階段，溫度最高達到了60 ℃。在關井之后，受到大氣方面所產生的影響，最低溫度達到了-5 ℃。受熱脹冷縮因素的影響，閥門密封不嚴的問題凸顯。

2.2.4 介質的影響

綜合對該氣田的通過研究發現，在產出氣體構成方面，酸性組分主要為H2S（硫化氫），其含量由最初的3 g/m3達到了后期的73 g/m3。受到酸性組分、凝液腐蝕鋼圈以及密封面等多重因素的影響，閥門密封面出現了不可修復的缺陷。在部分氣井采氣工作時，還會借助倒泡排工藝的方式完成生產。其中，發泡劑中含有多種活性成分，會影響密封脂的作用、大幅降低其密封性能。

2.2.5 閥門材料及組裝工藝的影響

2008 年3—10 月，該氣田先后投產8 口新井。從氣井參數角度進行分析，與相鄰氣井之間并沒有明顯差異。但從另一方面來看，這8 口新井在投入到使用之后，受到閥桿和尾桿泄漏的影響，經過多次維修保養之后仍然存在明顯的泄漏問題。相關工作人員在認識到這一問題之后，對其閥門進行拆解處理，發現其中鋼圈出現了大面積腐蝕現象、泄漏通道和螺栓緊固力都出現了明顯的問題，這是導致閥門泄漏的主要原因。

3 法蘭式平板閘閥泄漏問題的處理對策

3.1 加強對法蘭式平板閘閥的預緊維護

針對現階段所出現的各種泄漏現象，對閘閥進行定期檢查。對于未出現泄漏現象的閥門，需要綜合考慮到其井口壓力和溫度方面的因素，針對平板閥盤根和法蘭螺栓進行定期維護。一般以2～3 年作為一個使用周期，經過一個使用周期之后便需要對其上、下盤根進行松緊處理，及時進行預緊維護，防止松動現象的出現。

3.2 定期更換組合盤根

針對在尾桿方面出現的各種泄漏問題，如果僅是依靠注脂和調節壓蓋的方式，并不能從根本上解決閥門泄漏的問題。對此，便需要結合其閥門運行狀態，定期進行尾桿盤根更換工作。當完成了尾根更換之后，還需要結合密封脂和組合盤根的共同作用，完成盤根壓緊程度的調節工作。

3.3 不斷調整法蘭式平板閘閥維護周期

根據相關調查和研究可以發現：平板閥開關次數會在很大程度上影響著其使用壽命。為此，在今后工作中，便需要從開關次數角度進行綜合考慮。并結合定期加注密封脂的方式，避免一些不必要問題的發生。就目前形勢來看，通常將閥門開關10 次作為一個活動周期完成注脂工作。對于出現內漏的平板閥，通過加注密封脂時活動閥門，使密封脂分布均勻。

4 結束語

在采氣井口裝置運行過程中，經常會因為多種因素的影響，導致法蘭式平板閘閥出現泄漏問題。在今后工作中，相關工作人員需要加強對這方面的重視程度。從具體工作需求的角度出發，對其進行綜合性考慮，盡可能避免泄漏問題的發生。