FPSO單點(diǎn)滑環(huán)密封失效原因及更換技術(shù)分析

張靜浩

中海石油（中國(guó)）有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300459

單點(diǎn)滑環(huán)作為油田生產(chǎn)中十分重要的一項(xiàng)關(guān)鍵部件，其作用主要體現(xiàn)在為油氣介質(zhì)轉(zhuǎn)換期間的運(yùn)輸工作提供支持。目前，我國(guó)在應(yīng)用單點(diǎn)滑環(huán)時(shí)，卻經(jīng)常出現(xiàn)因密封失效而影響后續(xù)油氣順利生產(chǎn)工作的情況。此時(shí)，針對(duì)該密封失效問(wèn)題進(jìn)行分析，并就其出現(xiàn)原因進(jìn)行整理和總結(jié)，必然能夠?yàn)楹罄m(xù)的設(shè)備正常生產(chǎn)提供幫助。

1 案例分析

文章以某油氣田生產(chǎn)FPSO單點(diǎn)滑環(huán)堆棧中，第三層所含有的氣液滑環(huán)為例展開(kāi)論述。其中，F(xiàn)PSO單點(diǎn)滑環(huán)的作用主要是為了解決自身與平臺(tái)之間的天然氣原油介質(zhì)混輸問(wèn)題。該油氣田在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了原油混輸情況，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)為滑環(huán)底部位置的測(cè)漏系統(tǒng)內(nèi)，即重油罐之中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)該滑環(huán)底部區(qū)域的第一道主要密封環(huán)已經(jīng)失效，而滑環(huán)仍舊保持正常運(yùn)行狀態(tài)，是高度依賴于第二道輔助密封環(huán)的結(jié)果。經(jīng)技術(shù)人員推測(cè)，未來(lái)第二道密封環(huán)在長(zhǎng)期的磨損下，也會(huì)出現(xiàn)密封失效的情況，將使原油泄漏問(wèn)題更加嚴(yán)重。

2 FPSO單點(diǎn)滑環(huán)密封失效原因分析

技術(shù)人員對(duì)出現(xiàn)的滑環(huán)密封失效問(wèn)題進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的原因分析及總結(jié)，發(fā)現(xiàn)原因可以分為正常磨損失效和非正常磨損失效兩類(lèi)。前者主要是指，密封使用壽命已經(jīng)達(dá)到了最初設(shè)計(jì)之時(shí)的使用時(shí)限，后者則主要是指一段時(shí)間之內(nèi)所出現(xiàn)的異常的密封失效問(wèn)題。此次油田FPSO單點(diǎn)滑環(huán)密封失效屬于非正常磨損失效，而造成失效的具體原因主要是以下五點(diǎn)。

2.1 表面粗糙度過(guò)高

密封溝槽表面粗糙度超標(biāo)，溝槽表面機(jī)加工質(zhì)量不符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步致使表面的粗糙程度高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，出現(xiàn)密封夾套與滑環(huán)之間的動(dòng)靜接觸面異常的磨損問(wèn)題，最終導(dǎo)致原油介質(zhì)泄漏。

2.2 軸承磨損不均勻

軸承磨損度不均勻也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致本體偏離中心的問(wèn)題顯現(xiàn)，而此現(xiàn)象的產(chǎn)生，會(huì)誘發(fā)后續(xù)滑環(huán)旋轉(zhuǎn)位置與其上固定位置之間出現(xiàn)咬合間隙分布不均的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致密封的唇邊位置與滑環(huán)的動(dòng)靜接觸面之間無(wú)法緊密貼合，最終造成原油介質(zhì)泄露問(wèn)題出現(xiàn)。

2.3 異物磨損

通常情況下，滑環(huán)腔體內(nèi)的原油往往會(huì)含有一定量的金屬殘?jiān)蚴瞧渌馁|(zhì)的固體顆粒，而此類(lèi)顆粒在介質(zhì)流體的帶動(dòng)下，經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)刮磨滑環(huán)動(dòng)靜環(huán)密封面唇口的情況，從而出現(xiàn)一系列滑環(huán)密封劃傷的磨損失效問(wèn)題。

2.4 腐蝕磨損

在該油田FPSO單點(diǎn)滑環(huán)處理過(guò)程中，滑環(huán)腔體中的原油在介質(zhì)構(gòu)成方面，并非最初就具有腐蝕性能力的物質(zhì)，隨著長(zhǎng)時(shí)間采油方式的更改和變化，或是一些意外因素的存在，導(dǎo)致油品本身的性質(zhì)及構(gòu)成發(fā)生變化，從而出現(xiàn)諸如硫化氫等具有酸性特征的物質(zhì)進(jìn)入油品。上述物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致密封組件上的蓄能彈簧受到腐蝕，從而不能為密封夾套撐開(kāi)提供必要的彈力，造成密封失效問(wèn)，并隨之出現(xiàn)原油泄露問(wèn)題。

2.5 背壓沖擊

在滑環(huán)第一道主密封圈中，為預(yù)防出現(xiàn)背壓?jiǎn)栴}，雖然設(shè)定了相應(yīng)的承壓環(huán)，但是在系統(tǒng)運(yùn)行中，密封圈背部可能會(huì)在重油注入后因無(wú)法承受壓力，而出現(xiàn)瞬時(shí)壓力大于系統(tǒng)介質(zhì)壓力的情況，從而導(dǎo)致密封圈向上跳出，并進(jìn)一步造成滑環(huán)動(dòng)靜接觸面的唇口產(chǎn)生間隙，最終造成原油介質(zhì)泄露。

3 FPSO非限位狀態(tài)下滑環(huán)密封更換可能性分析

此次FPSO單點(diǎn)滑環(huán)密封失效更換處理主要是開(kāi)展滑環(huán)底部主道和輔道的兩處密封更換處理工作，操作過(guò)程中需避免滑環(huán)外環(huán)與內(nèi)環(huán)處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)FPSO非限位狀態(tài)下滑環(huán)密封更換的可能性進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如下。

（1）滑環(huán)密封更換處理之前，需要進(jìn)行單點(diǎn)外框架、滑環(huán)外環(huán)分離與滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂之間的分離工作，目的在于將單點(diǎn)外框架與滑環(huán)外環(huán)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)路徑切斷，使得其內(nèi)外之間處于相對(duì)靜止的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)完成密封更換技術(shù)操作后，再將滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂安裝上去。

（2）當(dāng)滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂處于分離狀態(tài)時(shí)，技術(shù)人員需要選擇一個(gè)吊點(diǎn)作為受力點(diǎn)，用于控制滑環(huán)本體及外環(huán)，還可利用吊帶及倒鏈兩種工具，對(duì)滑環(huán)外環(huán)的旋轉(zhuǎn)情況加以控制，最終促使后續(xù)的滑環(huán)泄漏實(shí)驗(yàn)順利完成。

4 FPSO單點(diǎn)滑環(huán)密封失效更換技術(shù)應(yīng)用

該油田技術(shù)人員針對(duì)FPSO單點(diǎn)滑環(huán)進(jìn)行密封失效更換技術(shù)處理時(shí)，重點(diǎn)開(kāi)展了如下工作。

（1）設(shè)計(jì)了滑環(huán)驅(qū)動(dòng)分離更換技術(shù)操作方案。方案中，滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂在形狀上，與三角形具有一定的相似性，內(nèi)側(cè)通過(guò)銷(xiāo)軸直接與滑環(huán)外環(huán)之上的開(kāi)放式卡槽連接，而外側(cè)兩端面則通過(guò)法蘭連接方式與單點(diǎn)外框架相連，連接角度呈5°傾斜角。具體的連接形式如圖1所示。在選擇FPSO單點(diǎn)滑環(huán)更換工具時(shí)，需選用倒鏈和吊帶索具，懸空將滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂進(jìn)行固定，將驅(qū)動(dòng)臂外側(cè)位置的法蘭螺栓進(jìn)行預(yù)松處理，首先執(zhí)行拆卸難度較低的螺栓，然后做好法蘭盤(pán)調(diào)整間隙片的拆卸處理，這是為了提前預(yù)留出一定活動(dòng)空間給滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂。隨著拆卸工作的完成，螺栓數(shù)量會(huì)隨之縮減，此時(shí)技術(shù)人員需將倒鏈拉緊，并實(shí)時(shí)調(diào)整其受力，確保倒鏈在持續(xù)增加重量的狀態(tài)下承接滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂的重量，最終完成FPSO單點(diǎn)滑環(huán)驅(qū)動(dòng)比的分離處理。

圖1 滑環(huán)驅(qū)動(dòng)臂連接圖

（2）拆裝密封支撐環(huán)。此過(guò)程需在上述流程完畢后方可執(zhí)行，具體的拆裝步驟主要包括以下內(nèi)容。①在A3中位置處，將沿著圓周120°分布的3根頂雙頭螺栓拆除掉，隨后將3個(gè)引導(dǎo)銷(xiāo)安裝其上。②在A2位置處，首先將沿著圓周120°分布的3條雙頭螺栓拆除掉，然后安裝全螺紋長(zhǎng)攻絲，構(gòu)成上主要有止推軸承、六角螺母、墊片。③在A1位置處，將沿著圓周120°分布的3根頂絲拆除掉，此時(shí)技術(shù)人員還需同步進(jìn)行A1周邊所分布的其他雙頭螺栓的拆除工作。④更換處理時(shí)，當(dāng)密封支撐環(huán)的下降高度下降至150～200mm后，技術(shù)人員開(kāi)始停止下降，并隨即開(kāi)展主道以及輔道兩方面的密封失效處理工作，包括拆裝以及更換兩方面。密封支撐環(huán)分離前后示意圖如圖2所示。

圖2 密封支撐環(huán)分離前后示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，導(dǎo)致FPSO單點(diǎn)滑環(huán)出現(xiàn)密封失效類(lèi)問(wèn)題的原因較多，技術(shù)人員必須根據(jù)問(wèn)題本質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)性分析，根據(jù)不同原因，采用對(duì)應(yīng)的解決方案，避免由密封失效問(wèn)題帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在技術(shù)成本技術(shù)及操作流程方面，也可顯著節(jié)省成本，降低操作復(fù)雜性，優(yōu)化密封處理安全度，最終為油田生產(chǎn)效率及質(zhì)量的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。