淺析頁巖氣開發(fā)壓裂用井口裝置安全使用要點

李朝明，張鐵軍

（1.重慶新泰機(jī)械有限責(zé)任公司，重慶 402160；2.重慶文理學(xué)院新材料技術(shù)研究院，重慶 402160）

近年來，隨著頁巖氣勘探開發(fā)步伐加快，對頁巖氣鉆井、試氣、井下作業(yè)過程中使用套管頭、油管頭和采氣樹實行規(guī)范化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，提升管理水平和運作效率，降低安全風(fēng)險和運行成本。但油田的管理和運行維護(hù)管理制度不健全，無統(tǒng)一制造標(biāo)準(zhǔn)，供應(yīng)廠商和規(guī)格型號繁多，互換性差，A環(huán)空與B環(huán)空竄壓，給頁巖氣井口的安裝、壓裂和后期的開采留下諸多安全隱患。

1 基本要求

套管頭是連接套管與井口裝置的重要裝備，鉆井時連接套管與防噴器，完井時連接采油氣井口，并建立各層套管柱之間的密封，可懸掛各層套管；為釋放可能聚集在兩層套管之間的壓力提供通道；在緊急情況下可向井內(nèi)泵入流體，以進(jìn)行鉆采工藝方面的特殊作業(yè)。

1.1 套管頭和油管頭的安裝要求

（1）下套管前校正天車與轉(zhuǎn)盤，天車、轉(zhuǎn)盤、表層套管頭三者中心線偏差不得超過10 mm，以免造成偏磨。

（2）最上面一級套管頭上法蘭面高于井架基礎(chǔ)面200±50 mm，確保套管頭安裝后內(nèi)防噴管線都能從井架底座內(nèi)平直接出，不影響施工作業(yè)。

（3）檢查并清洗橡膠密封圈有無裂紋和損傷，提前將橡膠密封圈裝入密封槽并涂抹潤滑油。

檢查金屬密封是否有碰傷或損壞，按使用說明書選取合適的密封圈及配套的支撐座，輔助的橡膠密封并涂抹潤滑油。

（4）提前測量套管頭上部頂絲伸縮進(jìn)長度并記錄。安裝前應(yīng)將頂絲全部退到頂絲孔內(nèi)。

（5）安裝時套管頭水平度不得超過1 mm，避免造成偏磨，按推薦的扭矩對稱上緊螺栓。

（6）安裝前應(yīng)在套管四通下部確認(rèn)好注塑孔或試壓孔的位置，以免發(fā)生誤操作。

1.2 套管頭或油管頭下部法蘭注塑和試壓操作

（1）密封圈的種類

套管副密封主要有BT密封、P密封及金屬密封（僅限于個別完井油層套管）三類。BT密封圈和P密封需要注塑激發(fā)橡膠變形實現(xiàn)密封；金屬密封通過金屬的機(jī)械變形實現(xiàn)密封。

（2）注塑

①卸開注塑單流閥接口，裝上卸壓工具頂開鋼球，排除內(nèi)部的壓力，以免影響注入效果。

②泄壓時注意觀察排出的介質(zhì)，接上注塑泵，卸去對方的注塑接頭總成，向橡膠密封圈注塑。注塑時，應(yīng)隨時觀察注入壓力，當(dāng)對稱的單流閥接口開始溢出塑脂時暫停注塑，擰緊單流閥堵頭，直至額定工作壓力或套管抗外擠強(qiáng)度的80%，取其兩者的最小值，注塑壓力高會擠毀配合脖頸。

（3）試壓

①將試壓接頭保護(hù)帽卸去，接上試壓泵向密封環(huán)形空試壓，其試壓壓力為套管頭密封圈部位額定工作壓力或套管抗外擠強(qiáng)度的80%，取其兩者的最小值計算，穩(wěn)壓30 min，壓降不大于1 MPa時，密封合格。若兩橡膠密封形成的環(huán)空有空氣會產(chǎn)生氣室效應(yīng)，需要補(bǔ)注壓力，直至穩(wěn)壓30 min，壓降小于1 MPa為合格。

②懸掛器主密封試壓：通過油管頭四通下部的試壓口對套管懸掛器、橡膠或金屬密封及法蘭、頂絲形成環(huán)空試壓至額定工作壓力或套管抗外擠強(qiáng)度的80%，取其兩者的最小值計算，穩(wěn)壓30min，無任何可見泄漏，壓降不大于1MPa密封為合格。

③當(dāng)試驗壓力超過產(chǎn)品設(shè)計的需用壓力時，試壓前應(yīng)向井筒內(nèi)至少注入1/3試驗壓力的平衡壓力再進(jìn)行試驗，以免造成套管懸掛器或套管變形。

④試驗后，應(yīng)卸去被試驗環(huán)空的壓力。

1.3 試壓塞

試壓塞坐封在套管頭的上腔，可對上部所連接的井控設(shè)備進(jìn)行額定工作壓力的試驗。

2 平板閥的密封及試驗

2.1 平板閥的密封機(jī)理

平板閥作為壓裂井口裝置的核心部件，開啟和截斷井筒介質(zhì)。平板閥開關(guān)到位后應(yīng)回轉(zhuǎn)手輪1/4～3/4圈，使其處于浮動密封狀態(tài)。頁巖氣壓裂所用的平板閥采用前座密封，當(dāng)閥板閥座一端受壓，在波形彈簧的預(yù)緊力作用下，推動進(jìn)口端的閥座向閥板密封表面貼近，依靠閥板合金面與進(jìn)口端閥座合金面之間的自由貼合，在介質(zhì)壓力作用下實現(xiàn)密封。

2.2 平板閥試壓要求

平板閥每開關(guān)十次應(yīng)注入密封脂，防止介質(zhì)進(jìn)入腔，達(dá)到最佳密封效果并潤滑密封面。試壓時，緩慢升壓到額定工作壓力后穩(wěn)壓15 min，無任何可見泄漏，壓降不超過1 MPa為合格，應(yīng)雙向分別進(jìn)行壓力試驗。

3 結(jié) 語

通過對套管頭和油管頭的安裝調(diào)試，選用金屬密封與橡膠組合的密封結(jié)構(gòu)，對橡膠密封圈注塑，掌握平板閥的密封原理和使用要點，確保井口的安全和密封可靠，對頁巖氣開采具有重要的意義。