长江大学毕业设计开题报告题目名称138MPa超高压井口闸阀的设计与分析院（系）机械工程学院专业班级机械10501学生姓名伍万能指导教师周思柱辅导教师周思柱开题报告日期2009年4月8日138Mpa超高压井口闸阀的设计与分析学生：伍万能，机械工程学院指导教师：周思柱，机械工程学院1题目来源及题目类型指导老师的科研项目2研究的目的和意义采油井口装置主要由套管头装置、油管头装置和采油树三大部分组成，它是控制油井生产的重要地面设备，其性能的优劣关系到油气井能否安全、高效地生产，而其中很重要的一点作用在于，控制和调节油井的流量和井口压力，这就需要很多阀门来实现，其中闸阀起着更为关键的作用，也是油田用量最大的阀门。
闸阀是指闸板沿介质通道中心线的垂线方向运动的阀门。
闸阀作为采油井口装置的核心部件，起着开启或截断管道介质并控制高压介质按照需要流动的作用。
钻采工艺要求采油井口装置用的闸阀具有操作轻便灵活、密封可靠、通道流畅、流阻小、寿命长、结构简单、制造工艺性好以及成本低等特点。
此外，随着我国石油工业的发展，钻井深度的加深，使得油井压力骤然增加，目前的闸阀类型已满足不了这样的钻采工艺要求，因此很有必要设计一种超高压井口闸阀来满足在高压下甚至超高压下保证可靠的工作。
目前国内生产高压闸阀的技术有限，使得我国主要稠油开发油田使用的闸阀大多依赖进口，而超高压井口闸阀设计和分析的合理性，将对采油井口装置的整体设计有着重要的意义，并有望为我国深孔井采油及其他工业管道系统提供一种较理想的闸阀设计。
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石油工业的发展不断地对井口装置以及阀门的可靠性和控制性提出更高的要求, 这便促使和推动着井口装置也处在不断的改进和发展之中。
就井口装置的整体来看, 其改进主要着眼于尺寸的减小和重量的减轻, 也就是轻便灵活；从结构型式来看, 主要着眼于闸阀的改进和发展, 大力推广平行闸板阀的使用, 并开展产品的可靠性分析研究。
其特点和动向是:1.在阀门结构上普遍采用全通式、流阻小、密封性能可靠、寿命长的平板阀,淘汰了楔型阀,以适应高参数、自动化的需要;2.在操作方式上,从手动操纵向机械化、自动化方向发展,采用气动、液动或气、液联动,以及靠介质压力自控及实现遥控等操作;3.在设计方法上,采用断裂力学理论和可靠性工程理论,利用有限元法和计算机技术,对阀门零件结构和强度进行可靠性设计和优化设计;4.在材料和结构上,趋向于使井口装置有更大的适应性,以满足不同地区条件和开采各种性质油气的需要。
如采用新型抗氢脆和抗应力腐蚀的高强度钢;在钢制设备内表面涂敷抗氢蚀保护层;研制用于高温或低温条件的井口装置,防火井口装置、抗H2S 应力腐蚀和抗CO2电化学腐蚀的井口装置,用于电动潜油泵抽油的井口装置等;5.在试验方法和试验手段上也日趋严格和完善,如采用气密性试验、静压强度试验、动态密封试验、闸板机械强度试验、可靠性试验和电子计算机模拟试验等。
4.2国外采油井口装置及其闸阀的发展现状目前，国外主要有美、英、意等十几个国家生产采油井口装置，其中以美国的产品技术和生产能力处于世界领先。
国外的技术水平在于它不仅能根据油田的工况和滞留流体来生产陆上（包括海洋平台用）的井口设备，而且还能生产水下井口装置。
著名的采油井口装置制造厂商有Cameron、F.M.C、Verco、Gray公司。
国外生产采油树最大工作压力是140MPa,组成采油树的法兰式连接闸阀最大额定工作压力达210MPa。
国外许多公司都在不断开发并完善电潜泵井口装置及整体采油树, 生产有单油管电潜泵井口装置、双油管井口装置及双通径的整体式采油树。
井口装置结构的改进首先在于闸阀结构上的改进，闸阀作为井口装置中的主要部件,国外主要发展平板闸阀结构,其中暗杆式平板阀占有绝对优势。
结合江汉石油管理局钻采设备研究所情报资料绘图室提供的《国外石油钻采机械发展水平》，我们可以了解到国外高压油气井井口装置用闸阀主要特点如下：采用平行闸板结构, 阀座与闸板之间加润滑密封脂, 开闭灵活, 开启力矩小；闸阀上的一些易损零件（阀杆、阀杆密封圈、平衡杆和平衡杆密封圈）可以带压更换, 不必关井和压井。
例如：1.国外最新生产的闸阀有FL 和FIS 型两种, 工作压力13.79～34.5MPa。
其采用整体式闸板结构, 可防止管线中的沉淀物进入阀体内腔。
高承载能力的两个止推轴承用来吸收闸板开启和关闭时的载荷, 从而将手轮旋转力减至最小。
特殊惰性材料弹簧承载的唇型密封, 既能保护金属密封面又能加强低压密封性能。
2.FMCl00 系列闸阀采用锻造承压阀体结构、双滚针滑动轴承、安全剪切销和Teflon UV 型阀杆填料, 可耐H2S、CO2和氯化物的腐蚀, 工作温度为-24~177℃, 工作压力在138MPa以上。
闸阀的结构特点非常适合于大型化。
目前闸阀应用范围不断扩大，并向着高温高压发展。
高温高压闸阀的关键是解决由于温度变化而使闸板楔死的问题，以及保证其可靠的密封性能。
为此，要在闸板和阀座密封结构上进行研究改进。
弹性阀座和弹性浮动阀座已开始得到应用，使闸阀能够得到进口密封，出口密封或进出口双重密封。
目前闸阀使用寿命还难以与其他阀类相比，不断提高使用寿命也是闸阀发展的重要课题。
近年来，已出现了闸阀的一些新品种，如：安全闸阀、紧急切断闸阀等。
美国WKM公司、卡麦隆公司生产的直通式平行闸阀，具有密封性好、流动阻力小，以及可以防止异常升压等优点，很有发展前途。
国外井口闸阀主要是在密封方面趋向高温、高压和超高温、超高压的研究。
压力和温度的变化可导致金属密封部件间的运动经过有限次循环后而失效，因而在未来的井口闸阀设计中，金属密封将变得异常重要，所以必须研制出有效的技术方法以制造出稳定的密封环境，以处理高压危险。
国外闸阀的发展主要是应用特殊防腐材料,以满足高含H2S、C02物质的油气井需要,在结构上开展多样化研究,来达到良好的密封性能,且启闭灵活，还应在密封材料上不断改进,使其性能不断提高。
4.3国内采油井口装置及其闸阀的发展现状井口闸阀作为阀门工业的重要组成部分,最近几十年在国际上高速发展,显示了强大的生命力,在国内井口闸阀也走过了产品、技术引进阶段,消化引进技术仿制阶段和自行设计并立足国内技术水平加工制造三个阶段,技术日趋成熟,已具备较强的生产能力,可以预见随着我国石油工业的发展,油气专用阀门工业将出现一个崭新的局面。
由四川石油设计院研制的，中国人民解放军5719工厂和乐山长江仪表厂开发的平板闸阀，采用新的设计方法，新的结构形式和密封副做到无可泄露，满足了井口闸阀的特殊要求，在使用性能上接近和达到了国际上同类阀门水平，它代表了我国油气专用阀门的发展方向，走出了一条适合中国国情的发展道路。