西部钻探吐哈钻井公司 新疆鄯善 838202
摘要：钻井控制系统中，防喷止回阀在封堵能力上具有可靠性强、反应速度快等特点，在防井喷及井涌中具有重要意义，是安全钻井的基本保证。由于止回阀在钻井中处于长期工作状态下，并受到各种环境及其自身结构的影响，极易出现各种故障，因此为了防止井涌和井喷现象的发生，本文针对其结构特点、使用周期短、抗腐蚀能力差等多方面造成防喷止回阀故障的原因进行分析研究。
关键词：钻井；防喷止回阀；故障；失效原因
引言
在钻井防喷系统中，止回阀是一种单向阀，位于钻铤与钻杆之间。在实际循环钻井过程中，钻井液是通过止回阀间隙向下流动循环进行；当发生井喷或者井涌现象时，高压液流就会顺着钻柱向上流动，使阀芯件与基体接触产生密封，有效防止事故进一步恶化。因此，止回阀在整个内防喷系统中具有重要作用，是安全钻井的根本保证。由于长时间处于高压液的冲刷及钻井液腐蚀等恶劣条件，造成止回阀故障时有发生。对防喷止回阀的故障致因、如何提高止回阀的工作性能指标等进行全面研究是钻井工作者亟需解决的问题。
1.防喷止回阀研究的意义
在实际钻井作业过程中，往往会遇到各种不明特性的地层，如高压地层，在没有任何防喷系统措施的情况下随时都有可能发生井喷。不管是钻柱内井喷还是钻柱外井喷，都会造成严重的人员伤亡事故。某油田一天油井发生井喷事故并引发火灾，据称，当时火势较高，火焰约有20米高。火灾发生后，多辆消防车到达火灾现场参与救援。尽管此次井喷事故未造成人员伤亡，但导致现场大量钻井井口设备被大火烧毁，造成的经济损失也无法估计。在事故发生后分析得出防喷止回阀出现故障未能进行有效工作。由此可见，防喷止回阀在保证钻井安全运行起到关键性作用。
2.止回阀的种类及结构分析
2.1止回阀的种类
目前，我国在油田钻井上普遍使用的防喷止回阀主要包括：箭型阀、球形阀、碟形阀、浮阀、投入式止回阀。其中箭型止回阀是钻井及修井作业中较为常见的钻具内防喷的工具之一。
2.2结构分析
（1）结构
箭型阀主要由阀体、接头体、弹簧、阀芯、密封件、压环、盘根环、及阀座等构成。如图1
（2）工作原理
在钻井正常工作状态下，箭型阀的阀芯处于阀座底部，处于关闭状态。当钻井液进行正常循环时，循环流动的钻井液克服阀芯弹簧力，推动阀芯向下移动开启阀，这时钻具内部通道畅通；当钻井液循环工作停止后或者发生井喷时，在弹簧力和钻井内部高压的作用下，阀芯向上移动回位紧贴阀座，使阀处于关闭状态，并关闭钻具内部通道，防止发生井涌现象。
3.止回阀故障致因分析
3.1密封失效故障
防喷止回阀的工作机制主要是通过启闭件与阀座之间的主密封及阀座与阀体之间的副密封来实现对流体介质的有效控制。钻井过程中止回阀处于运行状态，故而会受到高压钻井液的冲蚀作用而极易导致密封失效失去工作意义。
当止回阀处于开启状态下时，阀芯与阀座之间形成间隙，而钻井液在其内部形成高压高速流体，造成对阀芯和阀座内部的密封冲蚀破坏。因此要优化密封面表层材料特性及接触形式，如选择合理的入神角度来控制阀芯密封面的磨损程度，采用喷涂耐磨耐腐蚀涂层材料，从而提高止回阀密封可靠性。
3.2弹簧失效故障
在钻井作业过程中，由于止回阀弹簧在没有任何无压保护情况下，钻井液会对阀芯产生较大的冲击力，造成弹簧失去作用。其中浮阀中的弹簧是极易受到钻井液的腐蚀影响，在腐蚀的环境下承受较大的冲击力，会加快弹簧的失效，因而造成弹簧使用寿命降低。
此外，钻井液在通过止回阀时，弹簧的载荷不会再处于中心线位置上，从而造成偏离中心位置的载荷，使偏心载荷产生的额外应力使得弹簧安全应力显著降低，严重影响着弹簧的稳定性。
因此，对止回阀内部结构进行优化改进，并选择合理的导杆与弹簧间的间隙，从而大大提高弹簧的使用寿命。
3.3强度失效故障
在实际钻井过程中，止回阀主体是随着钻柱一起转动，会受到不同程度的扭矩、钻压和冲击载荷，对于安装位置不同的内防喷止回阀其内外压力差也是不同的。因此钻井顶部的止回阀极易受到交变应力集中的作用，从而加快了阀体疲劳破坏程度。
因此，在改进止回阀时要注重改进其连接位置、改善止回阀的材料，增强其强度和抗腐蚀性能，有效提高阀体抗破坏的能力。
结论
我国当前在防喷止回阀的研发和制造过程中尚有诸多技术问题，止回阀结构种类也较少，导致在钻井中使用故障频繁出现。本文在对各种故障致因进行分析后加以改进各种不同结构的止回阀，来提高其抗腐蚀性、抗疲劳性、使用寿命等工作性能。进一步为我国安全钻井提供更有力的安全保障。
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论文作者:崔江涛
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/15
标签：止回阀论文; 弹簧论文; 井喷论文; 故障论文; 钻井液论文; 结构论文; 阀体论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;