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[摘 要]南海流花挑战号采油平台的水下防喷器组的H4井口连接器的VX钢圈锁销液缸，使用过程中常常发生因锁销卡死、烧结和液缸端部挡圈飞出从而导致无法解锁等技术故障，严重影响作业的质量及时效。本文中，对锁销液缸的材质、结构上进行研制及改进，通过实际应用，在实现配件国产化的同时，也圆满解决了防喷器组的连接器的故障问题，为钻井作业提供了坚实的保障。
[关键词]锁销液缸 稳定性可靠性 国产化 应用 解决问题
中图分类号：P333.9 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）24-0367-02
Development and Application of VX Locking Pins for Underwater BOP
Xu Fujun
（CNOOC Energy Development Equipment Technology Co.， Ltd. Shenzhen Branch， Shenzhen 518067， China）
[Abstract]The VX ring lock cylinder of the H4 wellhead connector of the underwater blowout preventer group in the South China Sea Liuhua Challenge oil production platform is often damaged by the seizure of the locking pin， sintering and the end ring of the cylinder. Leading to failure to unlock and other technical failures， seriously affecting the quality and timeliness of operations. In this paper， the material and structure of the lock pin cylinder are researched and improved. Through the practical application， the problem of the connector of the blowout preventer group is solved satisfactorily at the same time of realizing the localization of the fittings， which provides the drilling operation. A solid guarantee.
[关键词] lock pin cylinder， stability， reliability， localization， application， problem solving
引言
南海流花挑战号采油平台水下防喷器组是Vetco Gray公司1994年的产品，其中的H4井口连接器的VX钢圈锁销液缸常年存在使用可靠性低的问题，使用过程中常常发生因锁销卡死、烧结和液缸端部挡圈飞出从而导致无法解锁等技术故障，给海上平台起/放水下防喷器组造成了极大困扰及安全隐患，严重降低了作业时效;而且往往国外进口的设备及备件采购周期长达半年之久，费用相当高，经常满足不了现场作业进度要求，直接及间接成本很高，与海油的“节能减排、降本生效”的策略相违背。
这就促使着寻找出一种有效的方法，实现备件的国产化，在提高水下防喷器组VX钢圈锁销液缸的稳定性和可靠性而且不影响使用性能的情况下，降低采办周期及成本。
1 水下防喷器VX钢圈锁销液缸的研制
1.1 VX钢圈锁销液缸的故障
H4井口连接器本体上的VX钢圈锁销液缸共有6套，主要是在水下防喷器组在安装及拆卸时实现开关功能，因此锁销液缸的功能动作是否正常，影响着水下防喷器是否能顺利拆装，如一旦发生故障，则直接及间接阻碍工作进度、提高各种成本费用。VX钢圈锁销液缸在多次动作之后，总会有不同程度的卡阻现象，严重的甚至是卡死无法动作，影响后续的作业。
锁销经常出现的故障有：
a 故障一：液缸端部缸盖弹性挡圈变形甚至飞出，导致缸盖在弹簧的作用力下也弹出液缸腔内，同时发生液压油泄露，存在安全隐患;
b 故障二：活塞杆与腔室内面有粘合烧结现象，导致锁销卡阻甚至卡死;同时发生液压油泄露，存在安全隐患;
1.2 故障原因分析及改进
1.2.1 故障一 挡圈变形飞出的原因分析及改进处理
原因分析：
从图1“原厂液缸锁销的装配示意图”可看出，弹性挡圈位于液缸锁销的尾端，主要限制缸盖在锁销使用中的位置，确保本体内部形成密封腔室。
锁销额定工作压力为1500Psi（10Mpa），在锁销多次动作后，挡圈受到冲击发生变形甚至飞出本体，导致缸盖密封划出密封腔室，无法起到密封作用，导致液压油泄露污染环境，更甚者，液压能突然释放，存在安全隐患。
经过分析，认为该原厂的锁销结构存在不合理之处，即是弹性挡圈与本体、缸盖接触面小，所受的冲击力过大，容易发生变形或者飞出挡圈槽。为了使锁销更加安全可靠，这就要求对这部分的结构进行改进
改进处理：
上面描述，认为出现挡圈变形的故障，是由于锁销结构设计存在不合理，经过分析后，对这部分的结构进行改进，即是把挡圈去掉，在本体液缸端改为用压盖通过螺纹连接上本体，使缸盖在锁销腔室内更牢固，安全可靠性更高，如图2“改进型液缸锁销装配示意图”所示 从图2可看出，改动之处是增加压盖，本体液缸腔室加长，缸盖尾端加长并增加螺纹，在压盖用螺纹旋进本体内到位后，用锁紧螺栓锁紧防止压盖倒退，这样在使用中承受的冲击强度远大于原厂的挡圈结构，因此可靠性大大增强，完全解决了故障一所出现的问题。
1.2.2 故障二 活塞杆烧结的原因分析及改进处理
原因分析：
原厂的液缸锁销材质为316不锈钢，在海洋环境中使用时间长后，往往遭受不同程度的腐蚀如图3所示。
活塞杆与本体配合间隙仅有0.1mm（单边间隙0.05mm），往往由于介质、锈蚀掉落的铁屑杂质、径向震动受力以及材质等多种原因，在锁销液缸运行一段时间后出现活塞杆拉伤或者烧结的现象，导致液压油泄露甚至活塞杆卡死。如图4所示。
改进处理：
根据上述的原因描述，经过分析研究后，发现S31803双相不锈钢有诸多优点，该材质完全能满足H4井口连接器本体上的VX钢圈锁销液缸的使用。
S31803双相不锈钢的主要特点是屈服强度可达400-550MPa，是普通不锈钢的2倍，因此可以节约用材，降低设备制造成本。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣（如海水，氯离子含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。
S31803双相不锈钢性能明显优于一般的316不锈钢材质的性能，因此用S31803替代原来的316材质，重新设计画图、制作部件进行回装测试。
1.3 改进型的液缸锁销测试
改进型锁销液缸重新设计制作后，进行回装，进行多次压力试验（如图7），发现不再上述的故障，结果如下表1所示：
测试完成后，对改进型的锁销液缸进行解体检查，对各个部件的表面、密封件的等状况进行检查，均无磨损及损坏现象。
2 改进型的VX钢圈锁销液缸的特点
相比原厂进口的产品，研制改进型的水下防喷器VX钢圈锁销液缸具有以下优势：
> 加工制作时间短，仅为进口供货周期的十分之一，保证了海上应急快速响应;
> 成本低，是进口费用的十分之一;
> 优良的材质和结构设计增长了其使用寿命，保障了液缸的稳定性和可靠性;
> 国产双向不锈钢和密封配件的采用，有利于实现水下防喷器VX钢圈锁销液缸的国产化。
3 水下防喷器VX钢圈锁销液缸的应用
水下防喷器VX钢圈锁销液缸，在水下运行时，工作性能要求100%的稳定性和可靠性;一旦无法解锁，将造成水下防喷器无法正常解脱，有可能造成整口井报废，因此造成的损失将是灾难性的;根据设备恶劣的使用环境和存在的技术难题，改造出了结构优化的锁销液缸，其成功地投入使用不仅提高了作业效率，也摆脱了平台长期对费用高、供货期长的进口设备部件的依赖。如果在钻井作业期间因为锁销卡死致停产，更换部件需要32个小时，直接及间接损失至少200万，如果在水下出现问题，损失更加无法估量。
流花油田水下防喷器VX钢圈锁销液缸成功进行优化改造，以及在水下的稳定使用，赢得了平台使用方的一致好评。目前共有9套改进型的水下防喷器VX钢圈锁销液缸已交付使用，运行一年多，一直稳定可靠，不再出现原来的经常出现的故障，极大的保障了钻井作业的安全与时效。
该技术的推广应用，将逐步在南海所有半潜式平台水下防喷器上使用，从而取代进口部件，实现锁销液缸部件加工制作的国产化，符合中海油“节能减排，降本生效”的生产要求。
参考文献
[1]机械设计手册.第1卷/机械设计手册编委会编著.3版..北京：机械工业出版社，2007.5，，3-98
[2]鲁新豫. SAF2205双相不锈钢的焊接技术.中国造船，2004.10，316
[关键词]锁销液缸 稳定性可靠性 国产化 应用 解决问题
中图分类号：P333.9 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）24-0367-02
Development and Application of VX Locking Pins for Underwater BOP
Xu Fujun
（CNOOC Energy Development Equipment Technology Co.， Ltd. Shenzhen Branch， Shenzhen 518067， China）
[Abstract]The VX ring lock cylinder of the H4 wellhead connector of the underwater blowout preventer group in the South China Sea Liuhua Challenge oil production platform is often damaged by the seizure of the locking pin， sintering and the end ring of the cylinder. Leading to failure to unlock and other technical failures， seriously affecting the quality and timeliness of operations. In this paper， the material and structure of the lock pin cylinder are researched and improved. Through the practical application， the problem of the connector of the blowout preventer group is solved satisfactorily at the same time of realizing the localization of the fittings， which provides the drilling operation. A solid guarantee.
[关键词] lock pin cylinder， stability， reliability， localization， application， problem solving
引言
南海流花挑战号采油平台水下防喷器组是Vetco Gray公司1994年的产品，其中的H4井口连接器的VX钢圈锁销液缸常年存在使用可靠性低的问题，使用过程中常常发生因锁销卡死、烧结和液缸端部挡圈飞出从而导致无法解锁等技术故障，给海上平台起/放水下防喷器组造成了极大困扰及安全隐患，严重降低了作业时效;而且往往国外进口的设备及备件采购周期长达半年之久，费用相当高，经常满足不了现场作业进度要求，直接及间接成本很高，与海油的“节能减排、降本生效”的策略相违背。
这就促使着寻找出一种有效的方法，实现备件的国产化，在提高水下防喷器组VX钢圈锁销液缸的稳定性和可靠性而且不影响使用性能的情况下，降低采办周期及成本。
1 水下防喷器VX钢圈锁销液缸的研制
1.1 VX钢圈锁销液缸的故障
H4井口连接器本体上的VX钢圈锁销液缸共有6套，主要是在水下防喷器组在安装及拆卸时实现开关功能，因此锁销液缸的功能动作是否正常，影响着水下防喷器是否能顺利拆装，如一旦发生故障，则直接及间接阻碍工作进度、提高各种成本费用。VX钢圈锁销液缸在多次动作之后，总会有不同程度的卡阻现象，严重的甚至是卡死无法动作，影响后续的作业。
锁销经常出现的故障有：
a 故障一：液缸端部缸盖弹性挡圈变形甚至飞出，导致缸盖在弹簧的作用力下也弹出液缸腔内，同时发生液压油泄露，存在安全隐患;
b 故障二：活塞杆与腔室内面有粘合烧结现象，导致锁销卡阻甚至卡死;同时发生液压油泄露，存在安全隐患;
1.2 故障原因分析及改进
1.2.1 故障一 挡圈变形飞出的原因分析及改进处理
原因分析：
从图1“原厂液缸锁销的装配示意图”可看出，弹性挡圈位于液缸锁销的尾端，主要限制缸盖在锁销使用中的位置，确保本体内部形成密封腔室。
锁销额定工作压力为1500Psi（10Mpa），在锁销多次动作后，挡圈受到冲击发生变形甚至飞出本体，导致缸盖密封划出密封腔室，无法起到密封作用，导致液压油泄露污染环境，更甚者，液压能突然释放，存在安全隐患。
经过分析，认为该原厂的锁销结构存在不合理之处，即是弹性挡圈与本体、缸盖接触面小，所受的冲击力过大，容易发生变形或者飞出挡圈槽。为了使锁销更加安全可靠，这就要求对这部分的结构进行改进
改进处理：
上面描述，认为出现挡圈变形的故障，是由于锁销结构设计存在不合理，经过分析后，对这部分的结构进行改进，即是把挡圈去掉，在本体液缸端改为用压盖通过螺纹连接上本体，使缸盖在锁销腔室内更牢固，安全可靠性更高，如图2“改进型液缸锁销装配示意图”所示 从图2可看出，改动之处是增加压盖，本体液缸腔室加长，缸盖尾端加长并增加螺纹，在压盖用螺纹旋进本体内到位后，用锁紧螺栓锁紧防止压盖倒退，这样在使用中承受的冲击强度远大于原厂的挡圈结构，因此可靠性大大增强，完全解决了故障一所出现的问题。
1.2.2 故障二 活塞杆烧结的原因分析及改进处理
原因分析：
原厂的液缸锁销材质为316不锈钢，在海洋环境中使用时间长后，往往遭受不同程度的腐蚀如图3所示。
活塞杆与本体配合间隙仅有0.1mm（单边间隙0.05mm），往往由于介质、锈蚀掉落的铁屑杂质、径向震动受力以及材质等多种原因，在锁销液缸运行一段时间后出现活塞杆拉伤或者烧结的现象，导致液压油泄露甚至活塞杆卡死。如图4所示。
改进处理：
根据上述的原因描述，经过分析研究后，发现S31803双相不锈钢有诸多优点，该材质完全能满足H4井口连接器本体上的VX钢圈锁销液缸的使用。
S31803双相不锈钢的主要特点是屈服强度可达400-550MPa，是普通不锈钢的2倍，因此可以节约用材，降低设备制造成本。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣（如海水，氯离子含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。
S31803双相不锈钢性能明显优于一般的316不锈钢材质的性能，因此用S31803替代原来的316材质，重新设计画图、制作部件进行回装测试。
1.3 改进型的液缸锁销测试
改进型锁销液缸重新设计制作后，进行回装，进行多次压力试验（如图7），发现不再上述的故障，结果如下表1所示：
测试完成后，对改进型的锁销液缸进行解体检查，对各个部件的表面、密封件的等状况进行检查，均无磨损及损坏现象。
2 改进型的VX钢圈锁销液缸的特点
相比原厂进口的产品，研制改进型的水下防喷器VX钢圈锁销液缸具有以下优势：
> 加工制作时间短，仅为进口供货周期的十分之一，保证了海上应急快速响应;
> 成本低，是进口费用的十分之一;
> 优良的材质和结构设计增长了其使用寿命，保障了液缸的稳定性和可靠性;
> 国产双向不锈钢和密封配件的采用，有利于实现水下防喷器VX钢圈锁销液缸的国产化。
3 水下防喷器VX钢圈锁销液缸的应用
水下防喷器VX钢圈锁销液缸，在水下运行时，工作性能要求100%的稳定性和可靠性;一旦无法解锁，将造成水下防喷器无法正常解脱，有可能造成整口井报废，因此造成的损失将是灾难性的;根据设备恶劣的使用环境和存在的技术难题，改造出了结构优化的锁销液缸，其成功地投入使用不仅提高了作业效率，也摆脱了平台长期对费用高、供货期长的进口设备部件的依赖。如果在钻井作业期间因为锁销卡死致停产，更换部件需要32个小时，直接及间接损失至少200万，如果在水下出现问题，损失更加无法估量。
流花油田水下防喷器VX钢圈锁销液缸成功进行优化改造，以及在水下的稳定使用，赢得了平台使用方的一致好评。目前共有9套改进型的水下防喷器VX钢圈锁销液缸已交付使用，运行一年多，一直稳定可靠，不再出现原来的经常出现的故障，极大的保障了钻井作业的安全与时效。
该技术的推广应用，将逐步在南海所有半潜式平台水下防喷器上使用，从而取代进口部件，实现锁销液缸部件加工制作的国产化，符合中海油“节能减排，降本生效”的生产要求。
参考文献
[1]机械设计手册.第1卷/机械设计手册编委会编著.3版..北京：机械工业出版社，2007.5，，3-98
[2]鲁新豫. SAF2205双相不锈钢的焊接技术.中国造船，2004.10，316