杨玮

文章编号：2095-6835（2017）10-0151-02

摘 要：为适应高压高含砂作业工况的需求，研制了105 MPa新型防砂闸板阀。该型防砂闸阀采用双阀座密封结构，设置防砂挡板及防砂隔环，能有效阻止高压介质中的砂砾进入阀腔，保护了密封面，延长了闸阀的使用寿命，可靠性高，降低了使用成本，能较好地满足各类高含砂作业工况的需求。

关键词：高含砂；防砂闸阀；双阀座结构；浮动密封

中图分类号：TE358+.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.10.151

闸板阀在石油或天然气钻井、压裂、试油试气等作业中有着广泛的应用。在含砂量较大的施工作业中，常规闸板阀容易产生密封失效，砂砾进入阀体腔中造成阀腔沉砂，增加了阀门维护频率，降低了阀门的使用寿命，同时也严重影响了施工进度和作业安全。阀腔进砂是导致闸板阀关闭失效的主要原因，多发生于闸板阀关闭状态时，砂砾由闸板和阀座之间的间隙进入阀腔，并堆积在阀腔底部，再次关闭时，阀板不能完全关闭，在高压、高速、高冲蚀性流体通过时，形成孔径节流效应，造成阀座和阀板的快速冲蚀磨损，致使阀门密封失效。

为解决闸板阀密封失效及阀体腔尘砂问题，延长闸板阀的使用寿命，降低使用成本，保障施工安全，第四石油机械厂自主研制出了5 1/8-105 MPa等系列防砂闸板阀。

1 技术分析

1.1 结构

如图1所示，该型防砂阀主要由齿轮箱，轴承，阀杆，阀板，内、外阀座，防纱隔环，挡砂板和阀体等部件组成。齿轮箱与阀杆之间通过螺纹传动，阀杆带动阀板上提或下放，实现阀门的开关。齿轮箱的使用使阀门开关时比较省力。其中，内、外阀座的自密封结构，阀座与阀板之间的金属浮动密封，阀座与阀体之间的双道密封结构设计是该阀门防砂结构设计的关键。

1.2 技术参数

该型防砂阀的主要技术参数如下：

额度工作压力：15 000 psi（105 MPa）；

试验压力：22 500 psi（158 MPa）；

公称通径：5 1/8（78 mm）；

性能等级：PR1；

产品规范等级：PSL3；

温度级别：PU；

驱动形式：暗杆手动（齿轮箱式）；

端部连接形式：BX154 API 6A。

1.3 关键技术

阀板采用工作面平行设计，喷焊WC后抛光，阀板和阀杆之间通过燕尾槽连接，如图2所示，使阀板能沿着导向方向左右平移，即实现阀板的浮动。阀板和阀体内腔之间对称装有内阀座（阀座1）和外閥座（阀座2），如图3所示，内、外阀座之间采用双道O形密封圈密封，内阀座和阀板之间为金属面密封，外阀座与阀体之间采用端面密封和活塞密封结构，增加密封可靠性。内、外阀座之间设置金属防砂隔环，阻止砂砾进入内、外阀座之间的间隙，避免损坏阀座密封面。

装有内、外阀座

阀座下设有防砂挡板，在阀板运动方向形成相对封闭的阀板腔，即使有少量砂砾进入阀体下腔，该挡板也可阻止砂砾堆积在阀板下方，避免影响阀板行程而导致闸板关闭失效。

现将工作状态作如下分析。

1.3.1 阀开

阀板孔与阀座、阀体孔处于同轴心状态时阀门处于开的状态，流体导通。当高压介质进入内、外阀座之间后将内、外阀座向相反方向撑开，使外阀座压紧阀体，内阀座压紧阀板，密封面被压紧后可以达到较好的密封效果。经过设计计算，进入外阀座和内阀座之间的介质压力使阀前密封比压大于必须比压，使高压介质不能进入阀腔，有效地实现了阀前密封。该密封结构设计不仅实现了可靠的密封效果，同时还阻止了介质中的砂砾进入密封面和阀腔，实现较好的防砂效果。图4所示为阀开状态。

1.3.2 阀关

阀板向下运动，阀板堵塞阀座、阀体孔，流体隔断，阀板在介质压力作用下向右浮动，右侧内、外阀座在阀板的挤压下完成密封，同时上游内、外阀座在高压介质作用下往相反方向张开，分别压紧阀体、阀板，形成有效密封。阀板的浮动结构设计和上游内、外阀座的阀前密封，保证了关阀状态下的密封和防砂效果。图5所示为阀关状态。

2 工业应用

2016-04，我厂试制的5 1/8-105 MPa防砂闸阀在厂内完成了各项试验，试验结果均满足设计要求。

2016-06，以该型防砂阀为主要组成部件的页岩气井工厂压裂用分流管汇在涪陵焦石坝焦页45号平台投入试用，在该平台完成4口井施工，累计作业78段，使用时间202 h，施工最高压力91 MPa，累计泵注151 700 m3压裂液，总砂量4 680 m3。使用过程中，未出现阀腔大量沉砂导致阀门密封失效的现象。拆开后检查，阀腔内虽有少量砂砾，但不影响阀门的正常使用及密封。从使用效果来看，该型阀门性能优越，密封结构合理，防砂效果好，达到了设计要求，能够适应各类高压高含砂油气田作业工况。

3 结论

该型防砂闸板阀的研制成功，解决了油气钻采及压裂作业中常规闸板阀维护频率高、使用寿命短的难题，降低了生产成本，提高了施工的安全性，保障了生产顺利进行。同时，该型防砂阀可替代同型号进口产品，缩短供货、配件供应和维修周期，为我国页岩气及其他油气资源开发提供了保障。

参考文献

[1]牛永春，邵增元，陈志华.暗杆式平行闸板阀阀杆密封分析[J].科技资讯，2013（16）：78-79.

〔编辑：刘晓芳〕