闸板防喷器的工作原理详解

1.液压动作

闸板防喷器的关井、开井动作是靠液压实现的。关井时，来自控制系统装置的高压液压油进入两侧油缸的关井油腔，推动活塞与活塞杆，使左右闸板总成沿着闸板室内导向筋限定的轨道，分别向井眼中心移动，同时，开井油腔里的液压油在活塞推动下，经液控管路流回控制系统装置油箱，实现关井。开井动作时，高压液压油进入两侧油缸的开井油腔，推动活塞与闸板迅速离开井眼中心，闸板缩入闸板室内，同时，关井油腔里的液压油则经液控管路流回控制系统装置油箱，从而实现开井。

因此，上下铰链座的油管接头与控制系统装置油管在连接安装时，不能接错，否则将导致关井、开井动作错误。

2.闸板防喷器的四处密封

为了保证闸板防喷器的封井效果，以下四处密封必须可靠：

（1）闸板前部与管子的密封——闸板前部装有前部橡胶（胶芯的前部），依靠活塞推力，前部橡胶抱紧管子实现密封。当前部橡胶严重磨损或撕裂时，高压井液会于此处刺漏而使封井失效。全封闸板则为闸板前部橡胶的相互密封。

（2）闸板顶部与壳体的密封——闸板上平面装有顶部橡胶（胶芯的顶部），在井内高压井液作用下，顶部橡胶紧压壳体凸缘，使井液不致从顶部通孔溢出。

（3）侧门与壳体的密封——侧门与壳体的接合面上装有密封圈。侧门紧固螺栓将密封圈压紧，使井液不致从此处泄漏。该密封圈并不磨损，但在长期使用中会老化变质，故应按规定使用期限，定期更换。

（4）侧门腔与活塞杆间的密封——侧门腔与活塞杆之间的环形空间装有密封圈，防止高压井液与液压油窜漏。一旦高压井液冲破橡胶密封圈，井液将进入油缸与液控管路，使液压油遭到污染并损伤液控阀件。闸板防喷器工作时，活塞杆做往复运动，密封圈不可避免地会受到磨损，久之易导致密封失效。在封井情况下密封圈失效时，为了紧急恢复其密封效能，此处又附设有二次密封装置。

3.闸板的密封原理及特点

闸板的密封是在外力作用下，胶芯被挤压变形实现密封作用。

（1）闸板浮动

闸板总成与壳体放置闸板的腔体之间有一定的间隙，同时闸板总成与活塞杆多是通过“T”型槽连接的，这种设计允许闸板在壳体腔内上下浮动。当闸板处于常开位置时，闸板上部密封橡胶不与闸板室顶部接触。关井后，在井内压力的作用下，闸板上部密封橡胶与壳体的上密封凸台贴紧，实现密封。

对于压块与闸板体分成两体的闸板总成，关闭后继续施加压力，压块与闸板体间的橡胶被挤向上突起，贴紧在闸板室顶部的凸面，形成顶部密封。当开启闸板时，闸板顶部密封橡胶脱离壳体内上凸面，闸板缩回到闸板腔室平面内。

闸板这种浮动的特点，既保证了密封可靠，减少了橡胶磨损，又减少了闸板移动时的摩擦阻力。

（2）井压助封

闸板防喷器的井压助封如图2-3-3所示。

图2-3-3　井压助封

井内压力作用在闸板底部，推举闸板，使闸板顶部与壳体凸缘贴紧。显然，井内压力愈高闸板顶部与壳体的密封效果愈好，这就是所谓井压对闸板顶部的助封作用。当井内压力很低时，闸板顶部的密封效果并不十分可靠，可能有井液溢漏。为此，在现场对闸板防喷器进行试压检查时，需进行低压试验，检查闸板顶部与壳体凸缘的密封情况。井内压力也作用在闸板后部，向井眼中心推挤闸板，使前部橡胶紧抱井内管柱，这就是井压对闸板前部的助封作用。当闸板关井后，井内压力愈高，井压对闸板前部的助封作用愈大，闸板前部橡胶对管子封得愈紧。

在闸板关井动作过程中，由于井压对闸板前部的助封作用，关井油腔里液压油的油压值并不需要太高，油压通常调定为10.5MPa就足够了。

图2-3-4所示的是在关井动作过程中，井压对闸板前部的助封情况。

在关井过程中，闸板前部有井压P井所形成的阻力，与此同时其后部也有井压P井所形成的推力。推力与阻力并不相等，其中阻力较大。设活塞杆截面积为S，闸板前进阻力应为P井S。如果不考虑闸板关井过程中的各种摩擦损耗，那么只要油缸活塞上所受液压油的作用力超过P井S，活塞就可以将闸板推向井眼中心。(www.xing528.com)

图2-3-4　在关井过程中井压对闸板前部的

设活塞截面积为A，关井油腔液压油的压力为P油，忽略锁紧轴的影响，那么活塞在关井油腔所受油压推力当为P油A。

闸板所受油压推力P油A与前进阻力P井S平衡时的表达式为：

P油A＝P井S

即P井/P油＝A/S

设A/S＝R

则P井/P油＝R

式中，R称为关闭压力比。A与S皆为闸板防喷器的结构参数，对于具体的闸板防喷器来说，其A与S为定值，因此关闭压力比R固定不变。

在结构上A比S大得多。压力等级14MPa、21MPa、35MPa、70Mpa、105Mpa的国产闸板防喷器其关闭压力比R为5～8。

设闸板防喷器的R＝5，则

P井/P油＝R＝5

即P油＝P井/5

当P井为14MPa时，P油应为2.8MPa；

当P井为21MPa时，P油应为4.2MPa；

当P井为35MPa时，P油应为7MPa。

由此看来，闸板防喷器关井所需液控油压与所对抗的井压并不相等而是成正比，关井所需液控压力一般情况下都不超过10.5MPa，只有当闸板严重砂阻或为淤泥严重粘结锈死时才需使用高于10.5MPa的液压油关井。

（3）自动清砂，自动对中

图2-3-5　闸板自动对中示

闸板室底部有两条向井眼倾斜的清砂槽，当闸板开关时，遗留在闸板室底部的泥沙，被闸板排入清砂槽滑落井内。闸板防喷器的这种自动清砂作用防止了闸板的堵塞，减少了闸板的运动阻力与磨损。

在井内有钻具的情况下使用闸板防喷器关井时，由于钻具通常并不处于井眼正中心，常偏于一方，因此闸板有可能被钻具卡住而无法实现封井。为解决井内钻具的对中问题，闸板压块的前方设有突出的导向块与相应的凹槽。当闸板向井眼中心运动时，导向块可迫使钻具移向井眼中心，顺利实现封井（图2-3-5）。关井后，导向块进入另一压块的凹槽内。