壓裂井口的現(xiàn)場使用及故障分析

徐振宇，陳玲芳

（1.渤海裝備遼河熱采機械公司井口制造廠，遼寧 盤錦 124209；2.遼河油田曙光采油廠集輸大隊，遼寧 盤錦 124010）

隨著近年來壓裂井口的應用逐年增長，壓裂井口在現(xiàn)場使用中存在安裝不當、使用不當、維修保養(yǎng)缺失或不當?shù)葐栴}，造成現(xiàn)場作業(yè)過程中閘閥不能正常開啟、井口密封失效、下入工具遇阻等現(xiàn)象。因此為了更好地改善壓裂井口在現(xiàn)場的使用，針對實際問題，通過對壓裂井口、閘閥的使用安裝、故障分析、維修保養(yǎng)三方面進行敘述，進一步規(guī)范現(xiàn)場人員的操作及有效排查現(xiàn)場故障，提升現(xiàn)場壓裂井口的可控性和安全性。

1 壓裂井口的基本組成

目前在遼河油田區(qū)域應用壓裂井口按用途分類可分為三種，一種是常規(guī)油水井用壓裂井口，一種是氣井壓裂井口，還有一種是套管壓裂井口。壓裂井口一般由轉(zhuǎn)換法蘭、平板閘閥、壓裂頭、小四通、法蘭由壬（注入頭法蘭）、螺紋法蘭等組成，如圖1 所示。

圖1

2 壓裂井口的現(xiàn)場使用

壓裂井口轉(zhuǎn)入井口現(xiàn)場后，首先要對井口及其配件進行驗收，確定所有相關(guān)配件齊全后，準備使用。使用前要檢驗壓裂井口閘閥是否能正常開關(guān)，法蘭、墊環(huán)無損傷，墊環(huán)槽光滑，清潔干凈，所用法蘭的標稱尺寸與套管法蘭應保持一致，安裝壓裂井口前要往墊環(huán)槽內(nèi)涂沫黃油，保證密封；現(xiàn)場要對法蘭由壬的外徑進行核查尺寸，滿足現(xiàn)場吊卡裝吊。

現(xiàn)場安裝過程，把底層油管頭四通或套管法蘭上的墊環(huán)槽清潔干凈，把油脂涂進槽內(nèi)，把對應尺寸墊環(huán)清理干凈，放到墊環(huán)槽內(nèi)。將黃油涂沫到轉(zhuǎn)換法蘭的墊環(huán)槽中，將吊卡裝入法蘭由壬中，利用吊車將壓裂井口吊起坐入油管頭四通或套管法蘭上，裝入螺栓對稱打緊，完成壓裂井口的安裝工作。安裝完成后，閘閥要保證處于全開全關(guān)狀態(tài)，禁止將閘閥處于半開半關(guān)狀態(tài)工作。所用閘閥均為平板閘閥，均是閘閥閥板靠閥座浮動實現(xiàn)密封，因此閥板不能卡死，現(xiàn)場使用時，應在閘閥開啟或關(guān)閉后，反向放置手輪1/4 ～1/3 圈。這里需要提出的是由于目前所用壓裂閘閥種類繁多，各廠家設(shè)計不一樣，小通徑的閘閥一般現(xiàn)場使用方法一樣，但大通徑的閘閥還需要注意閘閥可能設(shè)計閥門鎖緊機構(gòu)。

當需要操作此種閘閥時，應松開鎖緊機構(gòu)，再轉(zhuǎn)動手輪，確認好開關(guān)后重新鎖緊，防止現(xiàn)場壓裂作業(yè)過程中井口輕微震動，造成閥桿與滾珠絲杠自由行走，閥板自由滑動，無法正常作業(yè)。在壓裂過程中，如果有雙主閥情況，要保證最下端主閥常開，以便應急使用。

安裝完畢，要對壓裂井口進行試壓作業(yè)，將主閥關(guān)閉，連接管匯利用泵車對壓裂井口進行試壓，穩(wěn)壓30min，井口、管匯各連接處無滲露，壓降低于1MPa，為試壓合格，之后才能正式投入使用。

3 壓裂井口的故障分析

近年來在遼河油田應用的壓裂井口，在現(xiàn)場使用過程中也發(fā)生了壓裂井口的各種故障，通過跟蹤現(xiàn)場及對壓裂井口問題的處理，總結(jié)如下。

3.1 壓裂井口現(xiàn)場使用存在的故障情況

（1）壓裂井口通徑受阻，無法從上端法蘭由壬下入相關(guān)工具完成檢測工作。通徑受阻情況一般在現(xiàn)場出現(xiàn)的情況不多，但也偶有發(fā)生，主要存在的問題是上端法蘭由壬的內(nèi)徑不能滿足所下橋塞、射孔等工具，因此在井場要及時檢查由壬內(nèi)徑與下入工具外徑的尺寸；還有一種情況多為閘閥的使用不當造成的，沒有完全開啟狀態(tài)，造成閥板、閥座沒能完全形成通孔，下入工具受阻。

（2）現(xiàn)場壓裂井口出現(xiàn)泄漏主要分兩部分，一部分在壓裂現(xiàn)場法蘭由壬處泄漏，主要原因在于由壬處密封橡膠墊老化與損壞，螺紋處沒有打緊所致；一部分為井口墊環(huán)處泄漏原因之一是長時間作業(yè)，導致連接螺栓反復受交變力的影響，螺栓松動，墊環(huán)處金屬密封失效；二是在安裝井口過程中，壓緊螺栓沒有對稱打緊、打勻，導致泄漏；三是在現(xiàn)場拆裝井口、閘閥過程中，沒更換新墊環(huán)，依舊使用以前墊環(huán)，以及在拆裝過程中，墊環(huán)槽受到不同程度的磕碰損傷也是造成井口或閥端間泄漏的因素之一。

3.2 壓裂閘閥無法正常開關(guān)，無法實現(xiàn)泄壓，現(xiàn)場故障情況

（1）油、氣井壓裂閘閥多為小通徑閘閥以DN65 通徑為主。故障為閥桿無法正常使用，主要原因為在現(xiàn)場數(shù)次使用后，閥桿護罩丟失，閥桿螺母與閥桿連接因為砂粒、鐵屑等原因造成螺紋處損傷或粘扣；現(xiàn)場裝卸、搬運過程中對閘閥的上部分造成磕碰，導致閥桿歪曲無法正常使用；閘閥軸承座內(nèi)軸承有損壞，導致閥桿螺母與閥桿轉(zhuǎn)動吃力或無法轉(zhuǎn)動；閥蓋密封填料壓的太緊，造成填料與閥桿抱死，手輪無法正常轉(zhuǎn)動閥桿。

（2）套管壓裂閘閥多為大通徑閘閥以DN103、DN130 通徑為主?，F(xiàn)場的故障有：閘閥無法正常開啟與關(guān)閉，手輪出現(xiàn)空轉(zhuǎn)。原因為大通徑閘閥為了減少開關(guān)扭矩通常會采用滾珠絲杠與閥桿組成的傳動裝置完成閘閥的開啟與關(guān)閉，因此長時間受交變作用力的影響，會對兩者之間的連接處產(chǎn)生疲勞極限，從而導致兩者連接處發(fā)生剪切斷裂（或是銷軸剪斷或是閥桿剪斷），閥桿無法帶動閥板完成開啟與關(guān)閉作業(yè)；現(xiàn)場還出現(xiàn)過一種情況也導致手輪無法擰動，原因就是閘閥閥蓋內(nèi)密封填料裝反、裝多，在某種壓力狀態(tài)下導致閥蓋密封填料腔內(nèi)形成一個閉合壓力腔，閥桿被密封填料死死抱緊，造成手輪無法正常轉(zhuǎn)動。

（3）閥蓋填料滲漏。在現(xiàn)場壓裂作業(yè)過程中，閘閥閥蓋填料處滲漏的情況較為普遍，首先是密封填料使用時間較長，未及時進行保養(yǎng)更換，造成密封填料橡膠老化，無法與閥桿、閥蓋之間形成有效的密封關(guān)系；其次密封填料安裝過程中出現(xiàn)毛邊、壓裂、扭斷的情況未能及時發(fā)現(xiàn)，也是填料不能長期密封的原因之一。在大通徑壓裂閘閥內(nèi)帶有金屬骨架的密封填料完成閥桿、閥蓋、填料三者之間的密封，容易出現(xiàn)安裝此種填料墊安裝顛倒的情況，也是造成現(xiàn)場壓裂作業(yè)閘閥滲液的原因之一。

（4）閥板閥座處泄漏。這部分出現(xiàn)的問題分兩種，一種為密封圈（唇形密封、“O”型密封圈）根部泄漏，多為長時間使用，密封圈腐蝕、彈性性能變差，導致與閥體密封接觸面形成的接觸壓力小于密封介質(zhì)的內(nèi)壓，造成密封失效，產(chǎn)生內(nèi)漏；一種為金屬密封面泄漏，首先是壓裂過程中，壓裂液、壓裂砂、井內(nèi)返排介質(zhì)都會作用于閥板、閥座上，長時間使用會使閥板的密封面出現(xiàn)點蝕、壓痕、砂眼、裂紋等缺陷，造成閥板閥座金屬密封失效；其次閥座尾部的彈性壓簧，長期作用造成彈性功能減弱，無法滿足閥板、閥座硬性金屬密封的要求，造成二者密封失效。

（5）閘閥卡砂。在壓裂過程中，壓裂液中的壓裂砂由于閥板閥座的密封性能變差，誤操作造成的閘閥未完全開關(guān)或閘板在啟閉過程中造成壓裂砂進行閥腔產(chǎn)生沉砂現(xiàn)象，從而導致閘閥閥板關(guān)閉不到預期深度而生產(chǎn)問題。

4 壓裂井口的維修保養(yǎng)

壓裂井口在現(xiàn)場壓裂完成后，應從現(xiàn)場上拆卸下來返還庫房，對井口進行維修保養(yǎng)。首先要對井口進行清洗工作除去表面油泥等雜物，并進一步清理裝置內(nèi)腔，垂直、橫向內(nèi)表面，保證裝置內(nèi)表面的清潔度，目測主通徑是否有重大沖蝕現(xiàn)象；然后對井口、閘閥進行目視檢測，閘閥手輪、油杯、注脂閥、泄壓閥、井口螺紋處、墊環(huán)連接處、法蘭由壬、轉(zhuǎn)換法蘭等部件如有損壞、缺失、環(huán)槽密封面有磕碰要及時更換。

壓裂井口維修保養(yǎng)最重要的一個環(huán)節(jié)就是壓裂閘閥的維修保養(yǎng)。先卸掉閥腔壓力，拆除閥蓋螺栓，取出閥板及閥蓋以上部分，用專用工具取出閥座，查看閥板、閥座的表面情況，之后清洗閥腔，閥板、閥座，然后在閥板兩側(cè)涂抹密封脂，同時更換閥蓋密封墊環(huán)，將帶閥蓋的閥桿裝入閥體內(nèi)，完成組裝。每次對閘閥進行維修保養(yǎng)，要對軸承處加注潤滑脂進行潤滑。完成檢修后，對閘閥進行水密試驗，全壓差下開啟閘閥，檢測閘閥開關(guān)情況及閘閥密封性能。之后向閥腔內(nèi)加注密封脂，并來回開關(guān)閘閥數(shù)次，確保開關(guān)靈活。

5 結(jié)語

通過上述對壓裂井口的現(xiàn)場使用、故障分析，能讓現(xiàn)場操作人員對壓裂井口及閘閥在現(xiàn)場的使用及現(xiàn)場的應急處理、故障診斷有一定的了解，保證了壓裂井口使用的安全性及可靠性，同時在本文最后提及了壓裂井口、閘閥的維修保養(yǎng)，有利于提升壓裂井口的使用壽命，減少在現(xiàn)場壓裂過程中發(fā)生的故障。