UltraLock型閘板液壓缸典型故障分析與排查方法

　　摘要：水下閘板防噴器是海洋鉆井平臺井控裝置的核心設備，能有效控制鉆井平臺鉆井期間發生的溢流、井涌、井噴等鉆井井控安全問題，目前勘探三號平臺閘板防噴配置的三個閘板液壓缸都是NXTUltraLock型。該形式的閘板液壓缸結構具有設計巧妙、使用安全可靠等特點，是當今海洋鉆井平臺的主流配置。本文通過介紹UltraLock型閘板液壓缸的結構特點，以勘探三號平臺作業期間液壓缸發生漏液的典型故障及現場如何排查解決該故障為例，可為國內半潛式鉆井平臺同類型閘板防噴器日常使用、故障判斷、液缸檢修等提供指導和借鑒。

　　本文源自中國設備工程,2020(17):16-17.《中國設備工程》曾用刊名：(中國設備管理;設備管理)1985年創刊是中國工業領域的國家級宣傳平臺，國家一級刊物。以宣傳報道國家工業發展工作的戰略、政策、法規，關注全球工業、設備管理等全面解決方案的專業載體。它憑借提供準確、客觀、專業性的信息，服務于中國經濟發展。雜志充分依托國家發改委、工信部等平臺資源優勢，為企業搭建政策與市場機會的平臺，為企業提供展示優勢和對接服務的平臺，搭建企業與政府互動的平臺，推動中國工業綠色發展，推動綠色經濟，建設生態文明。

　　海上高溫高壓鉆井本是世界級難題，隨著我國油氣勘探開發向深部、深海推進，高壓、高產、高溫油氣井愈來愈多，井控安全成為制約“三高”油氣田勘探開發的瓶頸，而閘板防噴器是保障平臺作業安全的重要井控設備。本文通過研究UltraLock型閘板液壓缸的結構特點及“勘探三號平臺”典型的液缸故障分析和排查方法的具體實例介紹，希望更多的海洋鉆井從業者更加清晰的了解UltraLock型閘板液壓缸結構形式及特點，并能夠在UltraLock型閘板液壓缸出現故障時及時判斷并解決。

　　1、UltraLock型閘板液壓缸結構特點

　　(1)UltraLock自鎖形式液缸特點：這種液缸自鎖方式自適應型，能夠適應各種尺寸的閘板。根據井控規范要求：閘板防噴器通過液壓動力源關閉閘板后，即便失去液壓源也必須維持關閉狀態不能自動打開，故該閘板液缸內部還設計了自鎖機構閘板鎖緊。

　　(2)液缸結構形式：該閘板液缸結構由液缸缸體、活塞、閘板軸等組成，Ultralcok關閉和鎖緊防噴器僅僅通過關閉液壓就可以實現，供給開位液壓時，防噴器解鎖并回到開位位置。

　　(3)液缸自鎖機構結構：液缸自鎖結構由鎖緊活塞(LockPiston)、鎖緊桿(LockRod)、鎖緊楔塊(LockWedge)、提升閥(PoppetValve)等組成，如圖1所示。

　　(4)閘板液缸動作及自鎖過程：當關閉壓力進入整個活塞總成，推動其向關閉位置移動。同樣關閉壓力推動鎖緊活塞移向鎖緊位置。由于提升閥的阻止，開位壓力圈閉在鎖緊活塞后面，因此鎖緊活塞不能向內移動。只有當閘板接觸到鉆桿，開始產生芯子壓力，由于提升閥末端碰撞側門從而打開提升閥，圈閉壓力可以排泄，鎖緊活塞開始向內移動。鎖緊活塞向內移動的同時驅動4塊楔形塊向外移動到并與4個鎖緊支撐的錐面接觸。液缸內的四根鎖緊桿將活塞僅僅的頂住，完成了閘板活塞的自鎖。此時，如果關閉液壓消失，楔形的鎖緊活塞將保持防噴器在鎖緊位置。楔形鎖緊活塞具有5°的斜面，意味著閘板橡膠密封壓力或者懸掛鉆桿產生的擠壓力不會導致楔形活塞后推而打開防噴器。

　　該液壓缸內部設計的巧妙之處在于液壓缸提升閥(PoppetValve)，該閥在液壓缸動作時可以控制自鎖缸體內圈閉壓力，完成自鎖功能。

　　圖1Ultralcok液壓缸結構

　　圖1Ultralcok液壓缸結構下載原圖

　　2、UltralcokIIB液缸的典型故障分析

　　2.1故障描述

　　2019年勘探三號在LD10-1-13井末期棄井作業時，關閉防噴器中閘板對棄井水泥塞進行試壓時，相關作業人員發現防噴器控制系統一直有液壓泄漏，通過流量計觀察流量在90mG/s，該閘板液壓缸形式為：UltraLock型。現場專業人員通過對儲能器艙BOP控制系統各管線、閥門、軟管束等地面控制系統詳細檢查，未發現故障原因，故判斷漏點在水下防噴器控制系統。該井已經進入棄井階段，且井下安全可靠，專業人員計劃利用井間將防噴器起出至平臺后做進一步的檢查。

　　2.2故障判斷及原因分析

　　鑒于中閘板在關閉時控制系統一直有泄漏的故障，且閘板防噴器是保障鉆井平臺作業期間井控安全最可靠設備，為保障平臺后續高溫高壓井的作業安全，現場專業人員需要利用井間作業間隙將此問題徹底解決。現場專業人員通過仔細分析防噴器控制系統的原理、研究防噴器閘板的結構形式，建立閘板液壓缸漏液故障樹圖對故障逐項排查，最終查明了故障原因(如圖2所示)。

　　圖2閘板漏液故障樹圖

　　圖2閘板漏液故障樹圖下載原圖

　　2.3現場排查閘板液壓缸漏液故障的過程

　　通過故障樹圖，我們排查閘板漏液可以從閘板液壓缸控制管線、閘板液壓缸控制閥組、閘板液壓缸本體及內部等方面逐一進行排查。

　　(1)LD10-1-13井作業結束后，防噴器從海底起出至平臺，現場對閘板高壓硬管、高壓軟管、閘板液缸、本體管線、各閥件等進行檢查，沒有發現漏點。

　　(2)SPM閥芯刺壞或彈簧斷裂引起漏液：對閘板液壓缸控制系統開、關位SPM閥等控制閥組拆檢，檢查閥芯和彈簧等，并將密封件進行更換。再次測試該閘板關位控制，通過流量計觀察，流量依然存在90mG/s的漏失，因此排除了SPM閥等控制閥組的故障原因。

　　(3)閘板液壓缸本體梭子閥閥芯密封失效導致的漏液：梭子閥作為BOP藍、黃POD控制系統的重要閥組，如閥芯損壞也可造成藍黃系統液體互串的現象，因此井間更換中閘板關位進液梭子閥，將中閘板打至關位后，通過流量計觀察，流量依然存在90mG/s的漏失，因此排除了梭子閥的故障原因。

　　(4)閘板液缸開位和關位之間的活塞密封刺斷導致的漏液：閘板液壓缸在關閉位置，閘板液壓缸開位的SPM閥一直有液體排出，但閘板液壓缸在開位時，系統則無泄漏，排除了液壓缸活塞密封刺漏的故障原因。

　　(5)閘板液壓缸內部自鎖機構密封損壞：水下防噴器控制系統的特性就是閘板液壓缸在關閉時，閘板液壓缸開啟腔體內的液體會通過開位控制SPM閥排出，避免活塞背腔的液壓介質無法排除，導致活塞無法動作。現場通過液壓缸只有在關閉位置時系統才泄漏，在開位時系統無泄漏的現象，仔細分析閘板液壓缸的內部結構，發現如果鎖緊活塞缸套和液壓缸活塞之間的密封環失效，閘板液壓缸在關閉位置時，關閉腔體的液體可以通過該處的密封滲漏至鎖緊活塞缸套，而此時液壓缸提升閥(PoppetValve)正處于開啟位置，液體會通過提升閥(PoppetValve)進入防噴器開位控制SPM閥一直排出，導致系統一直處于泄漏狀態，與我們的故障現象一致。

　　通過故障樹的輔助分析，我們最終判斷出閘板液壓缸故障的根源在于活塞缸套和液缸活塞之間密封環密封失效，導致了該閘板液壓缸關閉時一直漏液。現場通過拆檢液缸更換密封，最終將此問題解決。

　　3、結語

　　目前國內半潛式鉆井平臺閘板防噴器液壓缸的主流配置為UltraLock型，故相關從業人員必須對液壓缸的結構有細致的了解，才能在設備出現問題的時候有清晰的思路去分析解決問題。

　　本文以勘探三號防噴器閘板液壓缸發生漏液故障為例進行了分析，并通過建立故障樹圖對故障原因進行排查，最終排查并解決了閘板液壓缸故障，可為同類型的閘板液缸故障分析提供借鑒和指導。

　　對UltraLock型閘板液壓缸的工作原理及機構特點進行了細致的分析，能讓更多的從業人員對UltraLock型閘板液壓缸有清晰的了解。

　　閘板液壓缸作為平臺井控的關鍵設備，一定要按照國標及廠家推薦保養規程進行定期的檢查、保養及修理。

　　參考文獻：

　　[2]防噴器檢查和維修-SY/T6160-2014.石油工業出版社.

　　[3]吳永良.水下防噴器控制系統故障分析及其處理-以薩哈林某井為例[J].海洋石油,2012,32(4):83-87.