井下工具密封件的維護(hù)和使用

尹金東

（鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

GT密封件和O形密封圈安裝在配合接頭上，專為承受作用在MWD儀器串上的鉆井液壓力而設(shè)計。GT密封件提供主要保護(hù)，額定壓力為20000psi。O形密封圈提供次級保護(hù)，可承受4000psi壓力。此區(qū)域的密封件故障可能導(dǎo)致部分工具浸水，或整個儀器串浸水。

安裝在固定螺栓上的密封件和標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器的泄流口定位器承受的額定壓差均不超過4000psi。這是標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器在環(huán)空和內(nèi)部鉆柱之間的最大工作壓差極限。

在脈沖發(fā)生器主體內(nèi)也安裝了密封件，目的是為了保護(hù)內(nèi)部組件，使其不被鉆井液沖蝕或被鉆井液中的固體顆粒侵蝕。密封件的另一個重要作用是，隔離脈沖發(fā)生器主體內(nèi)的液壓油，防止鉆井液的進(jìn)入。

2 密封件檢查

2.1 GT密封件檢查

GT密封件專為提供重要的密封功能而設(shè)計。對重要封接面的任何損傷都會損害其性能，并需要更換密封件。對與實際“密封”功能不直接相關(guān)的表面區(qū)域的損傷，可以放寬表面光潔度方面的要求。圖1顯示了GT密封件的橫截面，可將其分為3個區(qū)域檢查。

區(qū)域1，此區(qū)域是金屬配件的直接接觸密封面，不應(yīng)該有任何缺陷。表面光潔度應(yīng)滿足最高的質(zhì)量要求。雖然一些非常小的瑕疵是可以接受的，但是由于尺寸太小，難以測量，因此，如果密封件情況可疑，必須立即更換。區(qū)域1中可以有?？p線和溢料，但必須符合嚴(yán)格的大小限制，這在普通的MWD車間環(huán)境中是無法測量的。區(qū)域1不能有去除毛刺的涂污、粗糙的修整和任何磨損。針孔穿孔是可以接受的，但各缺陷間的距離不得小于0.060″，受影響的總面積不得超過密封件的10%。

區(qū)域2，此區(qū)域是密封件的功能性部分，直接關(guān)系到（墊襯）密封圈支撐環(huán)的正常使用。不能出現(xiàn)“氣泡”類缺陷，這會使彈性體在操作期間滑離密封面區(qū)域（區(qū)域1），從而降低密封效果。根據(jù)區(qū)域2中的瑕疵判斷是否丟棄GT密封件的原則與區(qū)域1類似，但稍微寬松些。

圖1 封接面——待檢查區(qū)域

區(qū)域3，此區(qū)域從密封件凸緣的外邊緣延伸到動態(tài)半徑的切點。凸條也是可以接受的，在距圓周不超過360°的范圍內(nèi)，環(huán)向每側(cè)允許出現(xiàn)一個凸條。“模具沉積物/未充滿”是一類形狀不規(guī)則的表面凹陷，其質(zhì)地粗糙，是由于模具腔內(nèi)粘結(jié)了隆起的硬化沉積物所導(dǎo)致的。區(qū)域3中此類缺陷的數(shù)目不受限制，但是它們必須滿足嚴(yán)格的大小限制。區(qū)域3中的磨損區(qū)域可以占密封區(qū)域的10%。有摻雜物和殼狀色素的應(yīng)丟棄。在所有區(qū)域中，有材料缺陷（包括硬化/軟化、易碎、疏松和不完全處理）的應(yīng)丟棄。

2.2 GT密封重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)

除了表面材料缺陷、凹陷和凸出外，GT密封件剖面必須與圖2所示的完美剖面相同，不得出現(xiàn)任何部分或永久變形及任何其他變化。

圖2 密封件剖面——重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)

2.3 O型密封圈——重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)

O形密封圈可以再次使用，但MWD操作員要對其進(jìn)行徹底的檢查。檢查時必須考慮O形密封圈過去、現(xiàn)在和將來所處的狀態(tài)。

如果對O形密封圈的質(zhì)量有任何懷疑，則應(yīng)更換。O形密封圈比較便宜，但O形密封圈故障可能會帶來巨大損失。如果O形密封圈在鉆井過程中經(jīng)歷過很高的井下溫度和壓力，則有必要更換。同GT密封件一樣，O形密封圈如果出現(xiàn)永久變形或受到擠壓（見圖2），則必須予以更換。

O形密封圈的檢查方法與GT密封件相同。上面不能有任何切傷、磨損、裂紋或任何材料損傷的跡象。如果O形密封圈出現(xiàn)永久變形、受到擠壓或拉伸，則必須予以更換。

2.4 化學(xué)侵蝕

如果密封件（GT密封圈和O形密封圈）與酸接觸，或接觸任何可與彈性體反應(yīng)而導(dǎo)致未知結(jié)果或副作用的化學(xué)物質(zhì)，則應(yīng)立即予以更換。

這類化學(xué)物質(zhì)所致?lián)p害可能很難通過肉眼察覺。

3 密封件處理

3.1 檢查

所有密封件（無論是新的還是已使用的）在使用前都要經(jīng)過徹底的檢查。在車間里，最好使用帶有照明裝置的放大鏡進(jìn)行檢查。而在野外，一個小型放大鏡或眼鏡就足夠了。MWD技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)檢查密封件上有無刻痕、切傷、形變、粗糙表面或任何其他損傷的跡象。

在檢查前，必須用紙巾將所有O-lube潤滑脂和鉆井液擦拭干凈。檢查可以分為5大類：

（1）凸出。這類缺陷包括?？p線凸出和毛刺，多為加工過程中的缺陷導(dǎo)致。

（2）凹陷。在安裝過程中，密封件與受磨損或帶毛刺的金屬表面接觸時，表面可能出現(xiàn)裂紋。凹陷也可能來自加工過程，如模具沉積物凹陷或?？p線凹陷。然而，此類情況非常罕見，多數(shù)凹陷都是在安裝過程中與粗糙金屬表面接觸造成的。

（3）表面可見缺陷。這類缺陷包括多種情形（包括磨損、針孔穿孔和摻雜物）它們可能是在加工過程中產(chǎn)生的。

（4）幾何偏差。GT密封件可能出現(xiàn)明顯的幾何偏差，例如，2個半環(huán)間的剖面半徑不匹配。也可能出現(xiàn)2個半環(huán)的不對稱結(jié)合，這是在加工過程中，模具的一半相對于另一半側(cè)向滑動造成的。

（5）材料缺陷。包括易碎或疏松。如果該密封件曾經(jīng)在井下的高溫狀態(tài)下過度使用，并且/或者未使用O-lube潤滑脂對其進(jìn)行充分的保護(hù)，則可能表現(xiàn)出易碎性。還有一些不多見的加工缺陷，包括彈性體（橡膠）的軟化或硬化或處理不完全（不完全硫化），從而導(dǎo)致表面疏松或易碎。

MWD技術(shù)人員未必會看到此類缺陷，但應(yīng)該知道它們可能存在。井下使用后，拉伸或壓平可能導(dǎo)致封接面部分出現(xiàn)永久變形。

必須仔細(xì)檢查與GT密封件一起使用的支撐圈上是否有損傷、裂縫和拉伸的跡象。如果支撐圈被拉伸過，導(dǎo)致安裝時兩端不能相接，則可能很難裝配工具部分。支撐圈由熱塑性材料制成，有極高的抗壓強度和抗拉強度，可以耐受高溫并抵抗化學(xué)侵蝕。

每一個支撐圈都有一個開口端，使之可以（輕輕）嵌入到GT密封件的相鄰位置。開口端很尖銳，也很容易損壞，應(yīng)當(dāng)小心處理。如果將開口端過度地分開，支撐圈會受損壞。

3.2 清潔

使用紙巾輕輕擦拭來清潔密封件。如果有干鉆井液，可以使用少量水沖洗，但在密封件涂覆O-lube潤滑脂和安裝到工具上前，必須將剩余的水分清除。

不要使用化學(xué)清潔噴霧劑或去污劑——這些物質(zhì)可能會損傷彈性體，或在密封件表面殘留沉積膜。這些沉積物在高溫和高壓下可能轉(zhuǎn)化為具有腐蝕性的物質(zhì)。

3.3 潤滑

O-lube潤滑脂是一種特殊的非壓縮性硅潤滑脂，可在很大的溫度范圍內(nèi)潤滑。所有密封件在安裝前都必須涂上一層O-lube潤滑脂。O-lube潤滑脂的主要作用是在安裝時減輕因摩擦、切割和箍縮而對密封件造成的損傷。O-lube潤滑脂還有助于使密封件正確固定，并在使用中提供保護(hù)。

3.4 密封件的存放

應(yīng)始終將密封件存放在沒有灰塵和沙粒的地方，最好放在可以密封并貼上標(biāo)簽的塑料袋中。必須避免陽光直接照射，遠(yuǎn)離極冷和極熱的環(huán)境。應(yīng)避免密封件接觸尖銳的金屬物品。損壞的密封件必須用刀子割斷并予以丟棄，以避免誤用。

3.5 密封件的安裝

密封件的情況下相互配合。同時，也要檢查作為密封面的金屬表面是否有磨損，以確保良好的密封。密封件在安裝過程中所需經(jīng)過的所有表面都不得有尖銳的棱邊或金屬毛刺，以免在首次裝配時損傷密封件。

在嘗試安裝密封件之前，使用金剛砂布或銼刀來去除或打磨掉所有尖銳棱邊或毛刺。清潔并重新檢查。用O-lube潤滑脂輕度潤滑密封部位，以使密封件安裝更加容易。

盡量不能扭曲和拉伸。不能使用螺絲刀或其他尖銳的金屬工具將密封件撬入溝槽。盡量避免密封件過螺紋絲扣造成損壞。安裝完成后，MWD技術(shù)人員應(yīng)確保密封件已正確固定，而且在安裝過程中沒有造成損傷。

安裝帶有支撐圈的GT密封件時，確保先安裝密封件。在GT密封件上，每個支撐圈的曲面應(yīng)面向密封件安裝，而斷面間應(yīng)分開180°放置。支撐圈上也涂覆了一層O-lube潤滑脂薄膜。檢查它們是否已經(jīng)正確固定，并確保開口端沒有交叉或被勾住。支撐圈的開口端非常尖銳，會損壞GT密封件。

[1] D.P.Murphy.Advances in MWD and Formation Cvaluation for 2004[J].World Oil,2004,225(5):57-62.

[2] 張濤,鄢泰寧,盧春華.無線隨鉆測量系統(tǒng)的工作原理與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].西部探礦工程,2005（2）:126-128.

[3] 張辛耘,王敬農(nóng),郭彥軍.隨鉆測井技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展趨勢[J].測井技術(shù)，2006(2).

[4] Geothermal Technologies[J].2000，5(3).