采用金屬雙法蘭對(duì)油層套管密封的工藝改進(jìn)

張洪銘　張凱　麻少林　譚磊

摘 要：采用金屬FS雙法蘭復(fù)合密封新工藝解決油層套管椎掛器密封失效泄漏的問(wèn)題，利用原先套管頭上的R54鋼圈槽，使得51/2"套管椎掛副密封與R54鋼圈密封之間形成一個(gè)封閉的環(huán)空，在封閉的環(huán)空中注入足量的FS密封脂，有效解決51/2"套管椎掛的密封問(wèn)題，同時(shí)，對(duì)R54鋼圈也有較好的潤(rùn)滑效果。現(xiàn)場(chǎng)壓井后，加裝雙法蘭密封連接頭試驗(yàn)，密封效果良好，解決了油層套管椎掛密封失效竄漏的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：雙法蘭；復(fù)合密封；套管；大四通

中圖分類號(hào)：TE88 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.105

油氣井經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)后，由于表層套管腐蝕、固井水泥失效和套管椎掛器密封失效等，特別是井口大四通處出現(xiàn)油氣泄漏的情況時(shí)，不僅會(huì)污染生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，還存在重大的安全隱患。尤其是西南地區(qū)，油氣井比較多，天然氣中含硫量比較高，不允許出現(xiàn)比較嚴(yán)重的油氣泄漏問(wèn)題。因此，解決油層套管椎掛器錐掛密封失效的問(wèn)題顯得尤為重要。通過(guò)分析川中油氣礦部分礦井井口油層套管泄漏問(wèn)題，筆者提出采用金屬FS雙法蘭復(fù)合密封工藝解決，取得了良好的效果。

1 油層套管密封處常見(jiàn)的問(wèn)題

在油氣礦井口的安全檢查中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)井口大四通下法蘭與套管頭連接處存在油氣竄漏問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的存在給礦井周邊帶來(lái)了較大的安全隱患，需要及時(shí)查明原因并整改，以確保生產(chǎn)安全。以川中油氣礦蓮2井油氣竄漏為例，按照作業(yè)程序，對(duì)該井進(jìn)行泄壓并壓井，壓井后觀察足夠長(zhǎng)的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)無(wú)噴涌的可能，則用作業(yè)車(chē)提起大四通，觀察大四通下法蘭與套管頭的接觸面，查找天然氣泄漏點(diǎn)及其泄漏原因。簡(jiǎn)易套管頭使用的BX156鋼圈槽無(wú)刺壞滲漏現(xiàn)象，而且發(fā)現(xiàn)天然氣是從套管椎掛器與套管頭之間的接觸面泄漏出來(lái)的。這說(shuō)明，5-1/2"套管錐掛器主密封件已經(jīng)失效，如圖1所示。拆開(kāi)大四通后，檢查大四通法蘭與套管頭連接處，簡(jiǎn)易套管頭使用的BX156鋼圈位于5-1/2"套管椎掛器本體上端面，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)腐蝕和被刺的情況，而椎掛器主密封外沒(méi)有密封鋼圈，則初步判斷為椎掛器主密封失效后直接外漏，如圖2所示。

由于要取出5-1/2"套管椎掛器，不僅工藝復(fù)雜、成本太高，而且還存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。目前，通常不采用上提套管錐掛器更換密封件的方式來(lái)解決泄漏問(wèn)題，只能對(duì)泄漏點(diǎn)外增加密封，防止外漏。這種辦法的處理效果不好，且保持時(shí)間比較短，不能從根本上解決泄漏問(wèn)題。

2 解決油層套管密封問(wèn)題的原理

針對(duì)上述問(wèn)題，采用金屬FS雙法蘭復(fù)合密封方法可以有效防止油層套管椎掛器密封的泄漏。其基本原理是，5-1/2"LCSG短節(jié)與套管器椎掛螺紋連接，外加金屬、橡膠圈復(fù)合密封件，形成副密封和金屬密封總成密封，大四通總成端面采用R54鋼圈密封，F(xiàn)S密封裝于大四通總成內(nèi)腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)FS封閉，起到二次密封保護(hù)的作用。具體做法是：將5-1/2"LCSG短節(jié)用螺紋連接在原套管頭套管掛上，在短節(jié)外加裝金屬密封總成；大四通總成端面與原套管頭端面均有R54鋼圈密封；緊固套管頭與大四通的法蘭連接螺栓，迫使金屬密封圈和R54鋼圈變形，金屬封密在螺栓的壓迫下與套管短節(jié)抱緊，外與大四通內(nèi)腔密封面貼緊。鋼圈同樣在螺栓的緊固下變形，上與大四通、下與原套管頭密封面貼緊。這樣做，就使得銅圈內(nèi)與金屬密封總成外有一環(huán)空，利用這個(gè)環(huán)空往里注入一定量的密封脂。激發(fā)原套管頭椎掛器的主密封，達(dá)到5-1/2"套管內(nèi)的壓力不能不竄至套管外，5-1/2"套管外的壓力激發(fā)了主密封也竄不到副密封的密封腔，因?yàn)镽54鋼圈作用套管頭內(nèi)部的壓力不會(huì)外泄。金屬FS雙法蘭密封副原理如圖3所示。

3 金屬FS雙法蘭復(fù)合密封副的結(jié)構(gòu)

金屬FS雙法蘭復(fù)合密封副由法蘭盤(pán)、雙法蘭短節(jié)、密封鋼圈、套管短節(jié)、考克和壓力表等部件組成，如圖4所示。

雙法蘭短節(jié)下部與套管頭連接，利用底法蘭椎掛器外部原有R54密封鋼圈做一根雙法蘭短節(jié)，將椎掛器密封在內(nèi)部，達(dá)到防止外漏的目的。上部與油管頭下法蘭連接，在此基礎(chǔ)上，增加一根5-1/2"套管短節(jié)，短節(jié)螺紋要與5-1/2"套管椎掛器螺紋相匹配。同時(shí)，要在雙法蘭短節(jié)與套管短節(jié)之間增加一組金屬密封和免注脂的橡膠密封。在雙法蘭短節(jié)本體上設(shè)金屬密封與橡膠密封的試壓口，以驗(yàn)證兩道密封之間的密封情況。在雙法蘭短節(jié)與底法蘭環(huán)空上設(shè)3個(gè)1/2"NPT螺紋孔，其中一個(gè)裝考克、壓力表，觀察環(huán)空壓力；另外兩個(gè)孔作為環(huán)空注脂孔，可以對(duì)環(huán)空注脂或膠，增強(qiáng)椎掛器主密封的密封效果。

4 金屬FS雙法蘭復(fù)合密封副應(yīng)用的效果

現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)原套管頭有的R54鋼圈槽，雙法蘭內(nèi)短節(jié)與原5-1/2"套管椎掛器螺紋連接，短節(jié)伸出部位用作椎掛器副密封，隔斷5-1/2"套管內(nèi)與套管頭環(huán)空之間的壓力。副密封使用成熟的金屬密封結(jié)構(gòu)，抗腐蝕和抗老化性能均優(yōu)于純橡膠密封結(jié)構(gòu)，使用壽命長(zhǎng)。利用原來(lái)套管頭上的R54鋼圈槽，形成套管頭與雙法蘭密封連接頭的密封。這樣，5-1/2"套管椎掛副密封與R54鋼圈密封之間就形成了一個(gè)封閉的環(huán)空。

在這個(gè)封閉的環(huán)空中注入足量的密封脂，既激發(fā)了5-1/2"套管椎掛主密封的效果，又潤(rùn)滑了R54鋼圈，兼顧了鋼圈密封效果。組合密封副安裝完成后，既可對(duì)環(huán)空進(jìn)行試壓驗(yàn)封，也可對(duì)副密封進(jìn)行試壓驗(yàn)封，以確保套管環(huán)空天然氣不會(huì)由副密封竄向環(huán)空，并由環(huán)空向R54鋼圈槽竄漏。該雙法蘭密封連接頭采用的組合密封件能滿足現(xiàn)場(chǎng)70 MPa以下井口裝置的套管椎掛失效密封的要求。

將這種方法應(yīng)用于川中油氣礦蓮2井試驗(yàn)中，井口壓力為35 MPa，密封效果良好。該方法解決了井口大四通套管椎掛失效、天然氣竄漏的問(wèn)題，同時(shí)，在解決年16井等類似泄漏問(wèn)題上采用該方法也取得了令人滿意的效果。

5 結(jié)論

金屬FS雙法蘭密封副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝拆卸方便，且造價(jià)低廉，能有效節(jié)約安裝使用成本，能對(duì)井口大四通下法蘭處密封起到雙保險(xiǎn)作用。在大四通處加裝金屬FS雙法蘭密封副，能解決原先需要拆卸安裝套管頭，更換套管椎掛器才能解決的泄漏問(wèn)題。采用該工藝作業(yè)時(shí)間短、安全風(fēng)險(xiǎn)小。

在無(wú)法起出套管錐掛密封件更換的情況下，對(duì)于這部分，可以加裝復(fù)合密封件進(jìn)行技術(shù)修補(bǔ)，提高密封性能。該工藝裝置能夠減少油氣泄漏引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題，節(jié)能環(huán)保的作用比較明顯。

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作者簡(jiǎn)介：張洪銘（1969—），男，四川遂寧人，碩士研究生，工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)、井下工藝研究工作。張凱，男，碩士研究生。麻少林，男，工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)、井下工藝研究工作。譚磊，男，工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)、井下工藝研究工作。

〔編輯：白潔〕