摘要：橡胶密封件是各类井控设备中的一类通用基础元件，在泄露和密封这一对矛盾中扮演十分重要的角色。井控设备在使用过程中往往会遇到某些部分发生泄露，而这正是由于该部位应该起作用的橡胶密封件由于各种原因失效所导致的。本文将主要介绍井控设备中常用密封件的类型、使用、泄露的分析及采取的措施。

关键词：井控设备;橡胶密封件;失效

一、前言

井控设备主要包含防喷器、节流压井管汇及闸阀、远程控制台等，这些井控设备中，存在着大量的各种类型的密封件，这些密封件主要用于防止液压装置中工作介质的泄露、外界尘埃和异物的侵入以及密封井内高压流体。

井控设备的泄露主要分为内泄露和外泄露两类。对于井控设备，内泄露会引起液压防喷器或液动平板阀系统容积效率的急剧下降，达不到所需的工作压力，使设备无法正常工作;外泄露则会造成工作介质浪费和污染环境，严重的甚至引发井喷事故，造成人身财产损失。

二、井控设备中常用密封件的种类

井控设备中常用密封件主要有O形密封圈、Y形密封圈、W形密封圈、V形密封圈、U形密封圈、YO组合密封圈。

（一）O形密封圈

O形密封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，其材料主要为丁睛橡胶。它主要用于静密封和往复运动密封。O形密封圈大量存在于井控设备的各种密封部位，是使用非常广泛的密封件，比如防喷器的液缸端面密封件、侧门密封件等，平板阀的阀座密封件、远程控制台三位四通阀端面密封件等都采用了O形圈。

（1） O形密封圈用于静密封时的密封原理

O形密封圈装入密封槽后，其界面承受接触压缩应力而产生变形。当没有介质压力时，密封圈在自身的弹性力作用下，对接触面产生一个预接触应力P0，而当容腔内充入有压力的介质后，则在介质压力p的作用下，O形密封圈发生位移，移向低压侧，且其弹性变形进一步加大，填充和封闭了密封间隙δ。此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为p0+p=pm，从而大大增加了密封效果。

当容腔内的介质卸压后（p=0），则由于O形密封圈仍具有初装时的预接触应力p0，故仍能保证密封性能。此即所谓O形密封圈的自密封作用。

（2）O形密封圈用于往复运动密封时的密封原理

O形密封圈在往复运动滑移面上的接触情况。此时O形密封圈的动密封作用主要还是依靠其预压缩和加压后作用于耦合面上的接触应力，且由于O形密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力。

当用于液体介质密封时，由于液体的压力、粘度及运动速度等因素的作用沿滑移面和密封件间形成一层粘附力极强的边界层液体膜。这层液体薄膜始终存在着，它亦起一定的密封作用。当滑移面向外伸出时，液体膜随之一起探出。

（3）O形密封圈的应用

O形密封圈一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用。当被密封的介质工作压力较高时，O形密封圈会因产生弹性变形而被挤进密封耦合面间的缝隙，引起密封圈破坏。当动密封工作压力超过7MPa或静密封工作压力大于32MPa时，应在O形密封圈低压侧安置挡圈;若双向交替受介质压力，则于密封圈两侧各加一个挡圈。井控设备中液动平板阀活塞密封件和平板阀阀座密封件在使用时配合档圈使用。

（二） Y形密封圈

Y形密封圈的截面呈Y形，是一种典型的唇形密封圈。按其截面的高、宽比例不同，可分为宽型、窄型、Yx型等几类;若按两唇的高度是否相等，则可分为轴、孔通用型的等高唇Y形密封圈和不等高唇的轴用Y形密封圈和孔用Y形密封圈。Y形密封圈常用于井控设备需要进行往复动密封的部位，如防喷器液缸活塞密封件，防喷器闸板轴密封件，节控箱油泵气缸活塞密封件等。

（1）Y形密封圈的密封原理

Y形密封圈依靠其张开的唇边贴于密封副耦合面，并呈线状接触，在介质压力作用下产生“峰值”接触应力，压力越高，应力越大。带有副唇的轴用Y形密封圈，每次往复运动后，在其主、副唇之间都会残留下微量液体（工作介质）。随着往复运动次数的增多，残留液体将充满主、副唇之间的空间，形成一个特殊的“围困区”。因而，当轴外伸时迫使“围困区”内的液体压回小腔，从而形成了可靠的密封状态，提高了Y形密封圈的密封性能。“围困区”内的压力越高，则副唇对耦合面的接触应力越大，密封性能也就越良好。

（2）Y形密封圈的应用

安装Y形密封圈时，唇口一定要对着压力高的一侧，才能起密封作用。

对于工作压力大于16MPa的Y形密封圈，为保证其使用寿命，防止密封圈的根部被挤入配合间隙，应在密封圈根部处安装挡圈。

为了防止Y形密封圈在往复运动过程中出现翻转、扭曲等现象，即保持其运动平稳性，可在Y形密封圈的唇口处设置支承环。支承环上开有均布的导流小孔，以利于压力介质通过小孔作用到密封圈唇边上，撑开双唇，保持Y形密封圈的正确动态姿势，保证其良好的密封性能。如信得闸板防喷器闸板轴Y形密封件前就安装有此类支撑环。

三、井控设备橡胶密封件失效的形式及其原因

（一）井控设备中密封件失效的形式主要有以下几种

（1）老化：密封件的强度、弹性及抗溶胀性能下降，发粘，变硬和变脆等;

（2）磨损：密封表面出现偏磨，轴向有凹凸不平的划痕，沿圆周方向有深度不同的沟槽;

（3）损伤：唇口撕裂，局部严重变形，密封表面被锐气损伤，局部出现不平以及断裂等;

（4）扭曲：密封件出现局部翻转、扭曲，局部出现不规则凹槽和凸起等。

（二）橡胶密封件失效的原因主要有以下几种

（1）选型不当或选用不合适的密封件;

（2）装配质量不高;

（3）液压油选用不当或者污染;

（4）密封件存放不当：橡胶密封件防止、存放和运输不合理。

四、橡胶密封件失效的预防措施

为避免井控设备密封件在使用过程中失效，应注意以下几点。

为防止密封件的唇边损坏，在密封件经过的通道入口注意是否有倒角和导向锥面，涂以高熔点的润滑脂，使其能够方便顺利的装置。注意清楚边缘的残存毛刺，防止毛刺划伤密封件表面。遇有密封件需要通过螺纹时，最好在螺纹处缠上胶带等防损伤物，并涂上润滑脂。

根据密封槽的尺寸来选择合适的密封圈，如果选用过大尺寸的密封圈，特别容易产生扭曲现象。尽量避免因操作不慎而损坏密封圈，安装时使用专用引导工具（如尼龙棒等工具），尽量不要使用螺丝刀等金属工具，使用螺丝刀不仅会划伤密封圈还会使其扭曲，造成泄漏。

要注意密封面的表面粗糙度。如果粗糙度过高，出现纵向拉伤或划伤及密封件唇口磨损过快。如活塞杆工作时受到灰尘、雨水、空气等影响，表面会生锈或有其他伤痕，就容易引起漏油。所以当密封面出现拉伤、磨损腐蚀严重、镀层脱落严重时，都应先进行处理后，再安装密封圈，避免损伤密封圈。

备用橡胶密封件应妥善保管，防止受到腐蚀或其他损伤，对长期不用的应根据具体情况进行报废，以免使用时应橡胶老化而引发泄露和故障。

五、结论

通过本文可以看出，井控设备是否能够正常工作，橡胶密封件的密封性能起到了很大的作用。维修车间要不断提高井控设备检维修工艺，避免密封部位发生失效，提高井控设备的可靠性和安全性和使用寿命，而且要对钻井现场井控设备发生泄露和失效时进行快速的判断，迅速的针对故障特点找到合适应对办法进行处理，确保井控设备在现场能够正常使用，保障钻井安全。

参考文献

[1]陈小敏.井下环空防喷器胶筒密封性能研究[D].西南石油大学，2015.

[2]崔建.井控设备现场气密封试验系统设计[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（16）：150-151.

作者简介：张俊蓝（1987.07-），男，汉族，四川邛崃人，本科，工程师，主要研究方向：井控装置及井控工艺等。