2024年7月22日发(作者：越璎玑)

2019年第9期

科学管理

FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的优化设计

周建坡

河北华北石油荣盛机械制造有限公司 河北 任丘 062552

摘要：此次的优化设计是在以往的FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的基础上，通过对防喷器液压锁紧机构从结构设计的

方面进行改进，优化后的产品在锁紧以及解锁的可靠性方面得到了提高。按照此优化设计生产的防喷器通过了API 16A要求

的各项出厂试验，可以满足生产作业现场的使用要求。

关键词：液压锁紧 闸板防喷器 优化设计 锁紧机构

1 国内现状

闸板防喷器作为井控装置系统中的关键设备，它

具备有效封闭井口装置、 防止钻井时井喷以及处理其

它复杂情况等功能

[1]

，可以为生产作业提供安全保障，

以及实现长时间封井操作。目前，国内的闸板防喷器

按照锁紧方式的不同，分为手动锁紧和液压锁紧两种

结构。手动锁紧闸板防喷器的工作特点是在使用液压

对防喷器的闸板进行关闭之后，通过人工旋转位于防

喷器端部的手轮来带动锁紧杆旋转实现对闸板的锁

紧。液压锁紧闸板防喷器的工作特点是在使用液压对

防喷器的闸板进行关闭的时候，液压同时驱动锁紧装

置运动，在闸板完成关闭动作的同时液压锁紧机构也

自动完成了对闸板的锁紧操作。对于手动锁紧闸板防

喷器，需要依靠人力进行锁紧操作，劳动强度大、效

率低，而且在井中有有害气体或液体喷出时，操作十

分危险。而液压锁紧闸板防喷器，在使用过程中，闸

板的关闭和开启，锁紧机构的锁紧和解锁操作，均通

过液压操作自动实现，无需人工近距离对闸板防喷器

进行操作，不仅降低了现场操作人员的劳动强度，节

约了操作时间，更为重要的是，在遇到紧急情况时，

可以远距离对防喷器闸板进行锁紧操作，保障现场操

作人员的生命安全。

近些年，随着国家对油气田开采力度的不断加

大，传统手动锁紧闸板防喷器由于自动化程度低，

劳动强度大，已经越来越不能满足钻井用户的使用要

求，而液压锁紧闸板防喷器因其自动化程度高，所以

对操作工人要求低，并且可以为安全生产提供保障等

优点，在国内各大油气田生产单位得到了越来越多的

应用。

2 优化前结构

目前，国内液压锁紧闸板防喷器的锁紧机构主要

采用的是楔面锁紧方式。由于FZ35-70闸板防喷器是各

油气田生产单位最为常用的防喷器型号之一，故此次

首先对此型号的闸板防喷器的液压锁紧机构进行优化

设计。该形式的FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的锁紧机

构在优化前主要由锁紧液缸、楔形锁紧活塞、锁紧活

塞、锁紧缸盖、解锁缸盖、顺序阀、闸板开关显示机

构组成。

3 锁紧及解锁原理

此种结构形式的FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的锁

紧机构工作原理为：（1）锁紧过程：在防喷器进行

闸板关闭动作时，液压油同时进入到液压锁紧机构的

锁紧液缸油路内，通过锁紧缸盖以及锁紧活塞之后，

进入到楔形锁紧活塞的内腔中，推动楔形锁紧活塞运

动，使其楔面与闸板轴尾部楔面贴合，实现对已关闭

闸板的锁紧。这时，即使泄掉闸板的关闭油压，锁紧

装置仍然能够维持闸板的关闭状态，实现可靠的封

井。在操作过程中，可以通过闸板开关显示机构对闸

板的开关状态进行判断。在地面维修时，可以取掉显

示机构，观察锁紧动作和闸板轴锁紧端面的状况

[2]

。

（2）解锁过程：在开启闸板的过程中，液压油首先进

入到锁紧液缸的油路内，然后再进入解锁缸盖，之后

进入锁紧液缸内部并推动楔形锁紧活塞楔面与闸板轴

尾部楔面脱开，并回退到完全解锁位置，与此同时，

位于锁紧缸盖内的顺序阀被压缩打开，液压油通过顺

序阀和锁紧液缸的油路之后进入到闸板防喷器主液缸

的开启腔，实现闸板的打开动作。

4 优化设计

4.1 增加解锁增力缸总成结构

FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的最主要特点就是能

够依靠液压的控制来实现对闸板的锁紧及解锁操作。

优化之前的液压锁紧机构存在的主要问题之一就是在

防喷器进行解锁并开启闸板的过程中，经常会出现无

法解锁的情况。造成此种情况出现的最主要原因是在

闸板关闭以及锁紧的过程中，闸板胶芯会进行压缩，

之后锁紧机构再进行锁紧，然而在锁紧之后，由于在

泄掉闸板的关闭油压时，闸板在胶芯弹力的作用下会

有一定量的回退，从而会造成闸板轴与楔形锁紧活塞

之间存在很大的锁紧力，而在这时再进行解锁操作，

有时就会出现由于解锁力不够致使楔形锁紧活塞的楔

面与闸板轴尾部楔面无法脱开的情况出现，从而造成

无法解锁的情况。优化设计后的FZ35-70液压锁紧闸板

防喷器增加了解锁增力缸结构，解锁增力缸结构主要

就是在液压锁紧机构的解锁部分的后部增加一个起推

力作用的液缸。解锁增力缸可以得到更大的推力推动

楔形活塞，使楔形活塞的楔面与闸板轴尾部的楔面脱

开，这样使用额定的操作油压就可以解锁，使整个液

压锁紧机构更可靠、操作更灵活、准确，避免出现无

法解锁的情况。

4.2 增加阻流阀结构

由于优化设计之前的FZ35-70液压锁紧闸板防喷

器液压锁紧机构存在上述的经常会出现无法解锁的情

况。在优化设计之后的液压锁紧机构中增加了阻流

阀。阻流阀的作用是在闸板未解锁的情况下，阻止防

喷器主液缸关闭腔的液压油回流到液控油箱，起到让

（下转第247页）

245

2019年第9期

科学管理

误差破坏侧钻台阶

6）本井初始控速0.3~0.4m/h钻进钻压逐渐涨到

1~3klbs，继续控时钻进过程中，中途有段钻压几乎没

有，需综合井斜变化情况判断侧钻效果。

3 A4H3井悬空侧钻小结 

如图1所示，A4H3侧钻小结如下：

4 认识及建议

1）若预先设计有悬空侧钻，应在侧钻井段15-20m

井段人为制造大狗腿（5°以上），可有效增加划槽及

控时钻进降斜效果，增加侧钻成功性

2）工具造斜能力越高，侧钻成功率越高

3）近钻头井斜零长越短，越有利于侧钻分析判断 

4）悬空侧钻可结合钻压及扭矩综合判断，侧钻分

离效果好，钻压、扭矩会持续上升，但是地层可钻性

好，慢速ROP参数反应可能不明显，同时侧钻期间钻

压应以井队指重表为准，避免因录井钻压跟踪误差而

影响判断

图1 A4H3井悬空侧钻过程统计对比

1）尽可能直接在立柱上测量标记出划槽上下刻度

线，准确量取刻度。

2）划槽下放不可超过上刻度标记线，避免划过划

槽底线深度，破坏侧钻台阶。

3）划槽初始降斜效果明显，后续越来越弱直至井

斜不降。

4）控时钻进期间为确保送钻均匀，保证侧钻的连

续性，司钻需严格控制好下放速度。

5）为尽可能减少划槽期间下放深度的误差，控时

钻进期间可于上刻度标记线距离转盘面0.3m（大约一

个钻头的距离），开始控时0.3~0.4m/h钻进，避免深度

参考文献

[1] 《海洋钻井手册》编委会.海洋钻井手册，北京：石油

工业出版社， 978-7-5021

[2]李瑞明，陶瑞东，等.深层小井眼侧钻水平井钻井技

术实践[J]. 钻采工艺，2015（4）   .

[3] 邓红琳.悬空侧钻技术在DP19井中的应用[J].石

油地质与工程，2012（3） .

 [4]杨仲涵，何世明，等. 悬空侧钻技术在大牛地气田

DP22水平井的应用[J]. 石油钻采工艺，2012（3）.

（上接第245页）

主液缸关闭腔憋住油压的作用，从而极大地降低了闸

板胶芯橡胶弹力恢复对闸板解锁的影响。它的动作过

程是：当防喷器液控闸板开启油路进压时，防喷器关

闭主液缸的液压油不会立刻返回液控油箱，而是憋在

主液缸内，此时，楔形锁紧活塞先行解锁，解锁到位

后，顺序阀开启，闸板开启液压油进入闸板打开腔，

闸板开始打开。楔形锁紧活塞完全解锁的同时，阻流

阀的阀杆被顶进锁紧缸盖内，憋在主液缸关闭腔内的

液压油通过锁紧液缸油路及阻流阀阀杆上的环形槽返

回液控油箱，从而使闸板能够打开。顺序阀的开启与

阻流阀的开启同步进行。

从而极大地降低了因闸板关闭腔油压缺失后闸板胶芯

橡胶弹力恢复对闸板解锁的影响，使防喷器解锁非常

容易。

5 结束语

目前，井控工作已经进入了一个新的阶段， 作为

保证闸板防喷器可靠封井的液压锁紧装置也逐渐引起

人们的重视

[3]

，随着各大油气田对液压锁紧闸板防喷器

的使用量的不断增加，提高液压锁紧机构的可靠性也

就显得越来越为重要。此次的优化设计改进使得液压

锁紧机构使用的可靠性、操作的便捷性都得到了很大

的提高。在以后的工作当中，应当继续对液压锁紧机

构进行深入研究，并收集各油气田用户的改进意见，

持续对液压锁紧闸板防喷器的结构进行优化改进，为

油气田的安全生产提供保障。

4.3 增加单向阀结构

为了能够彻底解决FZ35-70液压锁紧闸板防喷器液

压锁紧机构无法解锁的情况，为解锁操作提供多重保

障，在优化设计之后的液压锁紧机构中同时还增加了

单向阀结构。单向阀的作用是控制关闭液压油在实施

关闭闸板动作时只能进入关闭腔而不能从此回路返回

液控油箱。当关闭液压油通过单向阀进入液缸推动闸

板轴关闭闸板，直至闸板被完全关闭后，液压油推动

楔形锁紧活塞，将闸板轴锁紧，因为有单向阀的存在

和阻流阀的作用，所以即使在液控关闭油压泄掉的情

况下，液缸内也会在较短的时间里保持一定的油压，

参考文献

[1]肖力彤，宋振华，等.特大型钻井单闸板防喷器的研

制[J].石油机械,2006，34（7）：38-39，52.

[2]朱海燕， 刘清友，等闸板防喷器液压锁紧装置现状

及发展研究[J]. 石油钻探技术,2008，36（4）：83-86.

[3]刘清友， 陈绍伟，等.闸板防喷器液压锁紧装置研究

现状[J].石油矿场机械，2007，36（10）：1-4.

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2024年7月22日发(作者：越璎玑)

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科学管理

FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的优化设计

周建坡

河北华北石油荣盛机械制造有限公司 河北 任丘 062552

摘要：此次的优化设计是在以往的FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的基础上，通过对防喷器液压锁紧机构从结构设计的

方面进行改进，优化后的产品在锁紧以及解锁的可靠性方面得到了提高。按照此优化设计生产的防喷器通过了API 16A要求

的各项出厂试验，可以满足生产作业现场的使用要求。

关键词：液压锁紧 闸板防喷器 优化设计 锁紧机构

1 国内现状

闸板防喷器作为井控装置系统中的关键设备，它

具备有效封闭井口装置、 防止钻井时井喷以及处理其

它复杂情况等功能

[1]

，可以为生产作业提供安全保障，

以及实现长时间封井操作。目前，国内的闸板防喷器

按照锁紧方式的不同，分为手动锁紧和液压锁紧两种

结构。手动锁紧闸板防喷器的工作特点是在使用液压

对防喷器的闸板进行关闭之后，通过人工旋转位于防

喷器端部的手轮来带动锁紧杆旋转实现对闸板的锁

紧。液压锁紧闸板防喷器的工作特点是在使用液压对

防喷器的闸板进行关闭的时候，液压同时驱动锁紧装

置运动，在闸板完成关闭动作的同时液压锁紧机构也

自动完成了对闸板的锁紧操作。对于手动锁紧闸板防

喷器，需要依靠人力进行锁紧操作，劳动强度大、效

率低，而且在井中有有害气体或液体喷出时，操作十

分危险。而液压锁紧闸板防喷器，在使用过程中，闸

板的关闭和开启，锁紧机构的锁紧和解锁操作，均通

过液压操作自动实现，无需人工近距离对闸板防喷器

进行操作，不仅降低了现场操作人员的劳动强度，节

约了操作时间，更为重要的是，在遇到紧急情况时，

可以远距离对防喷器闸板进行锁紧操作，保障现场操

作人员的生命安全。

近些年，随着国家对油气田开采力度的不断加

大，传统手动锁紧闸板防喷器由于自动化程度低，

劳动强度大，已经越来越不能满足钻井用户的使用要

求，而液压锁紧闸板防喷器因其自动化程度高，所以

对操作工人要求低，并且可以为安全生产提供保障等

优点，在国内各大油气田生产单位得到了越来越多的

应用。

2 优化前结构

目前，国内液压锁紧闸板防喷器的锁紧机构主要

采用的是楔面锁紧方式。由于FZ35-70闸板防喷器是各

油气田生产单位最为常用的防喷器型号之一，故此次

首先对此型号的闸板防喷器的液压锁紧机构进行优化

设计。该形式的FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的锁紧机

构在优化前主要由锁紧液缸、楔形锁紧活塞、锁紧活

塞、锁紧缸盖、解锁缸盖、顺序阀、闸板开关显示机

构组成。

3 锁紧及解锁原理

此种结构形式的FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的锁

紧机构工作原理为：（1）锁紧过程：在防喷器进行

闸板关闭动作时，液压油同时进入到液压锁紧机构的

锁紧液缸油路内，通过锁紧缸盖以及锁紧活塞之后，

进入到楔形锁紧活塞的内腔中，推动楔形锁紧活塞运

动，使其楔面与闸板轴尾部楔面贴合，实现对已关闭

闸板的锁紧。这时，即使泄掉闸板的关闭油压，锁紧

装置仍然能够维持闸板的关闭状态，实现可靠的封

井。在操作过程中，可以通过闸板开关显示机构对闸

板的开关状态进行判断。在地面维修时，可以取掉显

示机构，观察锁紧动作和闸板轴锁紧端面的状况

[2]

。

（2）解锁过程：在开启闸板的过程中，液压油首先进

入到锁紧液缸的油路内，然后再进入解锁缸盖，之后

进入锁紧液缸内部并推动楔形锁紧活塞楔面与闸板轴

尾部楔面脱开，并回退到完全解锁位置，与此同时，

位于锁紧缸盖内的顺序阀被压缩打开，液压油通过顺

序阀和锁紧液缸的油路之后进入到闸板防喷器主液缸

的开启腔，实现闸板的打开动作。

4 优化设计

4.1 增加解锁增力缸总成结构

FZ35-70液压锁紧闸板防喷器的最主要特点就是能

够依靠液压的控制来实现对闸板的锁紧及解锁操作。

优化之前的液压锁紧机构存在的主要问题之一就是在

防喷器进行解锁并开启闸板的过程中，经常会出现无

法解锁的情况。造成此种情况出现的最主要原因是在

闸板关闭以及锁紧的过程中，闸板胶芯会进行压缩，

之后锁紧机构再进行锁紧，然而在锁紧之后，由于在

泄掉闸板的关闭油压时，闸板在胶芯弹力的作用下会

有一定量的回退，从而会造成闸板轴与楔形锁紧活塞

之间存在很大的锁紧力，而在这时再进行解锁操作，

有时就会出现由于解锁力不够致使楔形锁紧活塞的楔

面与闸板轴尾部楔面无法脱开的情况出现，从而造成

无法解锁的情况。优化设计后的FZ35-70液压锁紧闸板

防喷器增加了解锁增力缸结构，解锁增力缸结构主要

就是在液压锁紧机构的解锁部分的后部增加一个起推

力作用的液缸。解锁增力缸可以得到更大的推力推动

楔形活塞，使楔形活塞的楔面与闸板轴尾部的楔面脱

开，这样使用额定的操作油压就可以解锁，使整个液

压锁紧机构更可靠、操作更灵活、准确，避免出现无

法解锁的情况。

4.2 增加阻流阀结构

由于优化设计之前的FZ35-70液压锁紧闸板防喷

器液压锁紧机构存在上述的经常会出现无法解锁的情

况。在优化设计之后的液压锁紧机构中增加了阻流

阀。阻流阀的作用是在闸板未解锁的情况下，阻止防

喷器主液缸关闭腔的液压油回流到液控油箱，起到让

（下转第247页）

245

2019年第9期

科学管理

误差破坏侧钻台阶

6）本井初始控速0.3~0.4m/h钻进钻压逐渐涨到

1~3klbs，继续控时钻进过程中，中途有段钻压几乎没

有，需综合井斜变化情况判断侧钻效果。

3 A4H3井悬空侧钻小结 

如图1所示，A4H3侧钻小结如下：

4 认识及建议

1）若预先设计有悬空侧钻，应在侧钻井段15-20m

井段人为制造大狗腿（5°以上），可有效增加划槽及

控时钻进降斜效果，增加侧钻成功性

2）工具造斜能力越高，侧钻成功率越高

3）近钻头井斜零长越短，越有利于侧钻分析判断 

4）悬空侧钻可结合钻压及扭矩综合判断，侧钻分

离效果好，钻压、扭矩会持续上升，但是地层可钻性

好，慢速ROP参数反应可能不明显，同时侧钻期间钻

压应以井队指重表为准，避免因录井钻压跟踪误差而

影响判断

图1 A4H3井悬空侧钻过程统计对比

1）尽可能直接在立柱上测量标记出划槽上下刻度

线，准确量取刻度。

2）划槽下放不可超过上刻度标记线，避免划过划

槽底线深度，破坏侧钻台阶。

3）划槽初始降斜效果明显，后续越来越弱直至井

斜不降。

4）控时钻进期间为确保送钻均匀，保证侧钻的连

续性，司钻需严格控制好下放速度。

5）为尽可能减少划槽期间下放深度的误差，控时

钻进期间可于上刻度标记线距离转盘面0.3m（大约一

个钻头的距离），开始控时0.3~0.4m/h钻进，避免深度

参考文献

[1] 《海洋钻井手册》编委会.海洋钻井手册，北京：石油

工业出版社， 978-7-5021

[2]李瑞明，陶瑞东，等.深层小井眼侧钻水平井钻井技

术实践[J]. 钻采工艺，2015（4）   .

[3] 邓红琳.悬空侧钻技术在DP19井中的应用[J].石

油地质与工程，2012（3） .

 [4]杨仲涵，何世明，等. 悬空侧钻技术在大牛地气田

DP22水平井的应用[J]. 石油钻采工艺，2012（3）.

（上接第245页）

主液缸关闭腔憋住油压的作用，从而极大地降低了闸

板胶芯橡胶弹力恢复对闸板解锁的影响。它的动作过

程是：当防喷器液控闸板开启油路进压时，防喷器关

闭主液缸的液压油不会立刻返回液控油箱，而是憋在

主液缸内，此时，楔形锁紧活塞先行解锁，解锁到位

后，顺序阀开启，闸板开启液压油进入闸板打开腔，

闸板开始打开。楔形锁紧活塞完全解锁的同时，阻流

阀的阀杆被顶进锁紧缸盖内，憋在主液缸关闭腔内的

液压油通过锁紧液缸油路及阻流阀阀杆上的环形槽返

回液控油箱，从而使闸板能够打开。顺序阀的开启与

阻流阀的开启同步进行。

从而极大地降低了因闸板关闭腔油压缺失后闸板胶芯

橡胶弹力恢复对闸板解锁的影响，使防喷器解锁非常

容易。

5 结束语

目前，井控工作已经进入了一个新的阶段， 作为

保证闸板防喷器可靠封井的液压锁紧装置也逐渐引起

人们的重视

[3]

，随着各大油气田对液压锁紧闸板防喷器

的使用量的不断增加，提高液压锁紧机构的可靠性也

就显得越来越为重要。此次的优化设计改进使得液压

锁紧机构使用的可靠性、操作的便捷性都得到了很大

的提高。在以后的工作当中，应当继续对液压锁紧机

构进行深入研究，并收集各油气田用户的改进意见，

持续对液压锁紧闸板防喷器的结构进行优化改进，为

油气田的安全生产提供保障。

4.3 增加单向阀结构

为了能够彻底解决FZ35-70液压锁紧闸板防喷器液

压锁紧机构无法解锁的情况，为解锁操作提供多重保

障，在优化设计之后的液压锁紧机构中同时还增加了

单向阀结构。单向阀的作用是控制关闭液压油在实施

关闭闸板动作时只能进入关闭腔而不能从此回路返回

液控油箱。当关闭液压油通过单向阀进入液缸推动闸

板轴关闭闸板，直至闸板被完全关闭后，液压油推动

楔形锁紧活塞，将闸板轴锁紧，因为有单向阀的存在

和阻流阀的作用，所以即使在液控关闭油压泄掉的情

况下，液缸内也会在较短的时间里保持一定的油压，

参考文献

[1]肖力彤，宋振华，等.特大型钻井单闸板防喷器的研

制[J].石油机械,2006，34（7）：38-39，52.

[2]朱海燕， 刘清友，等闸板防喷器液压锁紧装置现状

及发展研究[J]. 石油钻探技术,2008，36（4）：83-86.

[3]刘清友， 陈绍伟，等.闸板防喷器液压锁紧装置研究

现状[J].石油矿场机械，2007，36（10）：1-4.

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