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1、1. 概述11 型号说明环形防喷器的型号由5组大写英文字母或数字构成（其中有些可以省略）说明如下：FH 底部连接法兰代号:当连接法兰与额定工作压 力相同时省略； 表示额定工作压力:单位为MPa通径代号胶芯形式代号:锥形胶芯一Z；球形胶芯一省略环形防喷器代号举例: “FH35-35/70 ”表示:该环形防喷器为球形胶芯，通径为346.1mm,（13 5/ ），额定工作压力为835MPa,底部连接法兰额定工作压力为70 MPa. “FHZ54-14”表示:该环形防喷器为锥形胶芯，通径为539.8mm（21i/ ），额定工作压14MPa,底部连接4法兰额定工作压力为14MPa.12用 途环形防喷器是
2、井控装置的重要组成部分，主要用途是在钻井、修井、试油等 作业中控制井口压力，有效地防止井喷事故发生，实现安全施工。环形防喷器必须 配备防喷器液压控制装置方能使用，通常它与闸板防喷器配套使用，也可单独使 用。它可完成以下作业： 当井内有钻具、油管 或套管时，能用一种 胶芯封闭各种不同尺 寸的环形空间； 当井内无钻具时，能全封闭井口 在进行钻井、取心、测 井等作业过程中发生溢 流或井喷时，能封闭方 钻杆、取心工具、电缆 及钢丝绳等与井筒所形 成的环形空间； 在使用具有减压调压 阀的液压控制装置或 缓冲蓄能器控制的情 况下，能通过18。台 肩的钻杆接头，进行强 行起下钻具作业。2. 环形防喷器规格及
3、主要技术参数环形防喷器的胶芯有球形和锥形二种形式;球形胶芯的顶盖与壳体连 接形式为法兰和楔形块连接，锥形胶芯的顶盖与壳体连接形式为爪盘连 接详见表1、图1、图2、图3W35MPa环形防喷器胶芯形式$70MPa顶盖与壳体为法兰连接（见图1）顶盖与壳体为楔形块连接（见图2）一锥.顶盖与壳体为爪盘连接（见图3）6密封件图1 FH35-35/70环形防喷器（顶盖与壳体为法兰连接）1顶盖-2压紧环6密封件7活塞8壳体图2 FH35-70/105环形防喷器（顶盖与壳体为楔形块连接）1顶盖2防磨耗板3锥形胶芯4爪盘5密封件6活塞7外部体套筒8内部体套筒9壳体图3 FH54-14环形防喷器（顶盖与壳体为爪盘连
4、接）表1环形防喷器规格及技术参数型号FH18-35FH28-35FH28-35/70通径mm(in)179.4(7 1/16)279.4 (11)额定工作压力MPa（psi）35 (5000)液控压力MPa（psi）10.5 (1500)油缸开启腔容量L12.85858油缸关闭腔容量L18.87272顶盖与壳体连接形式法兰法兰法兰密封胶芯形式球形球形球形顶部连接形式顶部栽丝螺栓M36X3M48X3M48X3垫环R46R54R54底部连接形式底部法兰螺栓M36X3M48X3M45X3垫环R46R54BX158液控连接规格Z1 X2净重量kg157243004423重心（下法兰中心为原点）3384
5、62468产品外形尺寸mmA73711381138H79010811096装箱外形尺寸（长X宽X高）mm1380X940X11951500X 1310X16401500X 1310X1640毛重kg175545604683r/椚w d ir &注：上下连接法兰尺寸均符合APISpec 16A钻井通道设备规范图4球形胶芯环形防喷器外形尺寸图续表1环形防喷器规格及技术参数型号FH35-35FH35-35/70FH35-70/105FHZ54-14通径 mm(in)346.1 (13 5/8)539.8 (21 1/4)额定工作压力MPa（Psi）35(5000)70(10000)14 (2000)
6、液控压力MPa10.5油缸开启腔容量L71.371.312472油缸关闭腔容量L93.593.5152118顶盖与壳体连接形式法兰法兰楔形块爪盘密封胶芯形式球形球形球形锥形顶部连接形式顶部栽丝螺栓M42X3M42X3M48X3M42X3垫环BX160BX160BX159R73底部连接形式底部法兰螺栓M42X3M48X3M58X3M42X3垫环BX160BX159BX159R73液控连接规格Z1 X2Z1(2)X4Z1(1 1/2) X2净重量kg65176843147606780重心（下法兰中心为原点）496525910744产品外形尺寸mmA1270127016401516H11601227
7、16341337装箱外形尺寸（长X宽X高）mm1560X1380X17001620X1380X170022002100X2310毛重kg6773713816600、-I3球形图胶5 芯锥形环胶形芯环防形喷防器喷器工外作形尺原寸理图及主要结构特点3.1工作原理额定工作压力小于等于35MPa的环形防喷器，顶盖与壳体为法兰连接，主要由壳 体、顶盖、活塞、胶芯、接合环、密封件等零部件构成。（见图1）额定工作压力大于等于70MPa的环形防喷器，顶盖与壳体为楔形块连接的环形防 喷器主要由壳体、顶盖、活塞、胶芯、挡泥环、楔形块、压紧圈、密封件等零部件 构成。（见图2）当发现井涌需要封井时，从液压控制装置输来
8、的高压油从壳体下部油口进入活塞 下部的关闭腔，推动活塞上行，活塞又推动呈半球状的密封胶芯上行，由于受半球形 顶盖的限制，迫使胶芯在上行过程中沿着顶盖球面向上、向井口中心运动，直至支承 筋间橡胶被挤出而抱紧钻具或全封闭井口，达到封井的目的。当高压油从壳体上部油 口进入活塞上部的开启腔，推动活塞下行，作用在胶芯球面上的挤压力消除，胶芯在 本身弹性力作用下逐渐复位，达到开井的目的。3.2产品结构特点3.2. 1壳体，顶盖，活塞，接 合环等主要零件均采用优质合 金结构钢铸造成型，且材料符 合NACE MR-01-75规定，适用 于酸性介质的工况要求，并经 过特定的热处理，在产品制造 过程中按API 1
9、6A规范进行静 水压强度试验，保证在工作压 力下使用安全可靠。3.2.2活塞的径向断面“Z” 形，行程短，高度低，活塞 大径圆柱面上装有二道耐磨 环，壳体与活塞内径相配合 的圆柱面上也装有一道耐磨 环，它避免了活塞运动过程 中与壳体的直接接触，保护 壳体和活塞。耐磨环磨损以 后，可以更换。3.2.3额定工作压力 小于等于35MPa的 环形防喷器，壳体 与顶盖采用法兰螺 栓连接（如图1）， 螺母采用盖形螺 母，可防止螺母与 螺栓锈死在一起， 易于拆装。 活塞内径密封部位：在壳体上，封隔井压与关闭腔压力; 接合环密封部位：在接合环上，封隔井压与开启腔压力。3.2.6顶盖呈半球形，无应力集中现象。3
10、.3球形胶芯密封原理及结构特点：3.3.1胶芯密封原理：环形防喷器的密 封过程分为两步，一是活塞在液压油作 用下推动胶芯向上运动，迫使胶芯沿球 面向上、向井口中心运动，支承筋相互 靠拢，将其间的橡胶挤向井口中心，从 而形成初始密封；二是在井内有压力 时，作用在活塞内腔上部环形面积上的 井内压力进一步向上推动活塞，促使胶 芯封闭更加紧密，从而形成可靠的密 封，此称为井压助封作用。3.3.2漏斗效应：环形胶芯从自由状态到 封闭状态，各横断面直径的缩小是不相等 的，上部缩小的数值大，下部缩小得少。 因此，胶芯顶部挤出橡胶最多，底部最 少，形成倒置漏斗状。这种橡胶的流向不 仅可提高密封性能，而且使钻杆
11、接头容易 进入胶芯。在下钻时，因井压向上压缩胶 芯，使免于受拉应力，从而提高了胶芯的图6球形胶芯外形图3.3.3胶芯不易翻胶撕裂：在封井状态，井压使胶芯中部橡胶上翻，而支承 筋的球面上顶板阻止橡胶上翻，这样使 橡胶处于完全受挤状态，可承受较大挤 压力，而不至撕裂。图6球形胶芯外形图3.3. 4橡胶贮备量大：球形胶芯橡胶贮备 较大，在强行起下钻具被磨损后，有较多 的备用橡胶可挤出补充，在起下钻过程中 不用更换胶芯。特别适宜钻具与胶芯频繁 摩擦的场合使用。3.3.5胶芯呈半球形（如图6）：它是由12-14块沿半球面呈辐射状配置的弓形 支承筋与橡胶硫化而成，支承筋用合金 钢铸造。4.2. 1壳体，顶
12、盖，活塞，外体部 套筒等主要零件均采用优质合金结 构钢铸造成型，且材料符合NACE MR-01-75规定，适用于酸性介质 的工况要求，并经过特定的热处 理，在产品制造过程中按API 16A 规范进行静水压强度试验，保证在 其工作压力下使用安全可靠。4.2.3顶盖上开有活塞行程测检 孔，不断对比活塞行程，以测量胶 芯寿命。4. 锥形胶芯环形防喷器工作原理及主要结构特点（如FHZ54-14型见图3）4.1工作原理4.1.1锥形胶芯环形防喷器的顶盖与壳体为爪盘连接，主要 由壳体、顶盖、活塞、胶芯、爪盘、外体部套筒、体部套 筒、防磨耗板、密封件等零部件构成。（见图3）4.1.2当发现井涌需要封井时，从
13、液压控制装置输来的高压油从壳体下部油口进 入活塞下部的关闭腔，推动活塞上行，活塞又推动呈锥面的密封胶芯上行，由于 受防磨耗板的限制，迫使胶芯在上行过程中沿着活塞锥面及防磨耗板向上、向井 口中心运动，直至支承筋间橡胶被挤出而抱紧钻具或全封闭井口，达到封井的目 的。当高压油从壳体上部油口进入活塞上部的开启腔，推动活塞下行，作用在防 磨耗板上的挤压力消除，胶芯在本身弹性力作用下逐渐复位，达到开井的目的。4.2产品结构特点4.2.2环形防喷器的三个动密封部位采用唇形 密封圈，具有压力自封性能，降低了密封圈 的磨损，密封可靠，避免泄漏见图3： 活塞外径密封部位：在活塞外径上，封隔 油缸开关两腔压力； 活
14、塞内径密封部位：在壳体上，封隔井压 与关闭腔压力； 顶盖密封部位：在顶盖上,封隔井压与开 启腔压力。4.2.4壳体与顶盖的连接采用20块爪盘连接（如图3）,连接可靠，壳体受力均匀，装 拆方便，在每件爪盘螺钉上设有二处“0”形 密封圈，可防止爪盘与顶盖锈死在一起。4.2.5活塞上部内腔为圆锥形，与 胶芯锥面直接接触，由于锥度小， 封闭所需活塞推力也小。且外径小 于其他类型环形防喷器；4.2.6顶盖内腔顶部与胶芯支承筋顶板相接触 的摩擦面装有可拆卸的防磨耗板（见图3）， 保护顶盖，便于更换。4.3锥形胶芯密封原理及结构特点4.3.1胶芯密封原理：环形防喷器的密封过程分为两步，一是活塞在液压油作用 下推动胶芯向上运动，迫使胶芯沿活塞锥面及防磨耗板向上、向井口中心运动， 支承筋相互靠拢，将其间的橡胶挤向井口中心，从而形成初始密封；二是在井内 有压力时，作用在活塞内腔上部环形面积上的井
