張鵬 崔龍兵 劉銀雷 楊耀輝 張朋

摘 要：套管懸掛器是采油（氣）井口標(biāo)準(zhǔn)配置組件，密封失效會(huì)對(duì)鉆井、完井、采油階段造成較大井控風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)造成嚴(yán)重的時(shí)效延誤和額外的成本投入。通過(guò)對(duì)失效事件總結(jié)、統(tǒng)計(jì)和對(duì)典型案例分析，查找出了造成密封失效的根本原因。經(jīng)過(guò)逐年創(chuàng)新探索實(shí)踐，西北油田分公司逐漸形成了一套成熟的、標(biāo)準(zhǔn)化的密封失效治理技術(shù)，同時(shí)為從根本上預(yù)防密封失效進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)研究和應(yīng)用。“防治結(jié)合”降成本、創(chuàng)效益，2016-2018年，新鉆井懸掛器密封失效問(wèn)題得到了有效遏制，措施井密封失效也得到了快速有效處理，從根本上保證了井筒完整性，保障了井控安全。

關(guān)鍵詞：套管;懸掛器密封;失效治理;失效預(yù)防

套管懸掛器是采油（氣）井口標(biāo)準(zhǔn)配置組件，它是安裝于套管頭內(nèi)，通過(guò)楔形卡瓦夾持或通過(guò)螺紋連接套管達(dá)到懸掛套管目的的重要井口裝置。常用套管懸掛器均設(shè)計(jì)有密封機(jī)構(gòu)，該密封機(jī)構(gòu)與套管副密封、法蘭連接墊環(huán)組成環(huán)形密閉空間而實(shí)現(xiàn)連接部位的試壓檢測(cè)作業(yè)，懸掛器密封機(jī)構(gòu)的可靠性和有效性對(duì)井口裝置的安全使用至關(guān)重要，反之，當(dāng)套管懸掛器密封失效時(shí)，會(huì)對(duì)鉆井、完井、采油階段造成較大井控風(fēng)險(xiǎn)，密封失效整改更是造成嚴(yán)重的時(shí)效延誤和額外的成本投入。通過(guò)多年的探索實(shí)踐，西北油田分公司逐漸形成了一套成熟的、標(biāo)準(zhǔn)化的套管懸掛器密封失效治理技術(shù)，同時(shí)為從根本上預(yù)防和解決套管懸掛器密封失效問(wèn)題提出了解決方案。

1 套管懸掛器類(lèi)型

西北油田分公司常用套管懸掛器包括W型套管懸掛器、WE型套管懸掛器、芯軸式套管懸掛器三種。

1.1 W型套管懸掛器

技術(shù)、油層套管可采用W型套管懸掛器，在西北油田分公司多用于采油井。此種懸掛器（見(jiàn)圖1）依靠單錐面卡瓦②懸掛套管，依靠套管自重激發(fā)懸掛器密封⑤，懸掛器為剖分式、自鎖結(jié)構(gòu)，密封位于懸掛器下部，屬于自激式密封懸掛器，安裝快捷方便。

1.2 WE型套管懸掛器

技術(shù)、油層套管可采用WE型套管懸掛器，在西北油田分公司多用于采油井。此種懸掛器依靠單錐面卡瓦②懸掛套管，依靠人工手動(dòng)激發(fā)懸掛器密封⑤，懸掛器為剖分式、自鎖結(jié)構(gòu)，密封位于懸掛器頂部，屬于手動(dòng)激發(fā)式密封懸掛器，安裝快捷方便。

1.3 芯軸式套管懸掛器

技術(shù)、油層套管可采用芯軸式懸掛器，在西北油田分公司多用于采氣井。此種懸掛器依靠下端套管螺紋連接和懸掛套管，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同可分為依靠套管自重激發(fā)和頂絲激發(fā)兩種，密封性能可靠。

2 套管懸掛器密封失效統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年至2018年6月，西北油田分公司作業(yè)工區(qū)新鉆井和采油廠措施井共發(fā)生套管懸掛器密封失效32井次，其中W型套管懸掛器13井次，占比40.6%;WE套管懸掛器19井次，占比59.4%，平均每年懸掛器失效約7井次。平均每年發(fā)生懸掛器密封失效事件井?dāng)?shù)占鉆井總數(shù)5%左右[1]，失效比例看似不高，但密封失效處理造成較大的成本投入和巨大井控風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工總結(jié)，新鉆井階段密封失效處理平均需時(shí)2天，單井額外投入成本約16萬(wàn)元;采油階段密封失效需上修作業(yè)一次，單井額外投入成本約20萬(wàn)元，造成較大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)，密封失效還可能造成油氣無(wú)控制外流，無(wú)法保證井筒完整性。通過(guò)多井次現(xiàn)場(chǎng)跟蹤統(tǒng)計(jì)取樣分析，造成W型套管懸掛器密封失效的主要原因?yàn)槊芊庀鹉z長(zhǎng)時(shí)間服役老化，造成WE型套管懸掛器密封失效的主要原因?yàn)榘惭b錯(cuò)誤、螺釘松動(dòng)和密封橡膠老化。

3 懸掛器密封失效防治對(duì)策研究

3.1 懸掛器密封失效治理技術(shù)

當(dāng)套管懸掛器出現(xiàn)密封失效時(shí)，根據(jù)懸掛器類(lèi)型采用不同的治理措施，如WE型套管懸掛器密封失效可采用密封更換、加裝螺釘防松裝置等方式解決，W型套管懸掛器密封失效可采用安裝輔助密封套的方式臨時(shí)解決，另外，還可采用更換套管頭、懸掛器的方式進(jìn)行徹底治理。

3.1.1 WE型套管懸掛器密封失效治理

①WE型套管懸掛器因其結(jié)構(gòu)特殊性，可采用更換懸掛器密封方式對(duì)失效進(jìn)行處理。同時(shí)，為防止因井口震動(dòng)螺釘松動(dòng)造成的密封失效情況出現(xiàn)，可在原懸掛器基礎(chǔ)上加裝螺釘防松裝置;②當(dāng)套管出現(xiàn)嚴(yán)重偏斜，WE型套管懸掛器壓板無(wú)法正常取出，無(wú)法更換密封時(shí)，可采用在懸掛器上部安裝輔助密封套的方式臨時(shí)解決（與3.1.2W型套管懸掛器密封失效治理方式相同）。

3.1.2 W型套管懸掛器密封失效治理

W型套管懸掛器因其結(jié)構(gòu)限制，無(wú)法采用常規(guī)更換密封的方式解決失效問(wèn)題?？刹捎迷趹覓炱魃喜堪惭b輔助密封套的方式臨時(shí)解決。輔助密封套內(nèi)通孔設(shè)計(jì)O型密封與套管外周配合實(shí)現(xiàn)密封，外周設(shè)計(jì)0型密封與套管頭內(nèi)通孔配合實(shí)現(xiàn)密封，上部設(shè)計(jì)螺孔實(shí)現(xiàn)取送功能，當(dāng)套管出現(xiàn)偏斜時(shí)，輔助密封套還可進(jìn)行偏斜加工滿(mǎn)足安裝密封要求。

3.1.3 懸掛器密封失效通用“終極治理”

因施工方案需要，可采用徹底更換套管頭和懸掛器的方式對(duì)失效問(wèn)題進(jìn)行“終極治理”，即“最后一招”。采用內(nèi)撈矛上提套管，若懸掛器能隨套管上移，則直接更換原懸掛器;若上提套管至最大允許噸位懸掛器無(wú)法取出，則可采用切割套管頭的方式更換懸掛器和套管頭。

3.2 懸掛器密封失效預(yù)防技術(shù)研究

3.2.1 設(shè)備技術(shù)革新

因W型套管懸掛器無(wú)法采用更換密封方式對(duì)失效進(jìn)行有效治理，從2014年開(kāi)始西北油田分公司逐漸淘汰該種懸掛器，常規(guī)油井均采用WE型套管懸掛器。為有效預(yù)防WE型套管懸掛器密封失效，至2015年開(kāi)始，在WE型套管懸掛器上部設(shè)計(jì)和安裝專(zhuān)用金屬密封套，實(shí)現(xiàn)懸掛器密封“雙關(guān)卡”，同時(shí)為防止因螺釘松動(dòng)造成密封失效，對(duì)套管頭頂絲與懸掛器相對(duì)位置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，保證頂絲能夠?qū)覓炱魈峁壕o力。

3.2.2 完善操作規(guī)程

為保證WE型套管懸掛器安裝到位，除嚴(yán)格按照安裝說(shuō)明書(shū)操作外，還應(yīng)根據(jù)其懸掛器和套管頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取目視觀察和輔助測(cè)量手段。如江蘇金石生產(chǎn)懸掛器安裝完成后，目視觀察壓板平面是否低于套管頭內(nèi)通孔第一個(gè)臺(tái)肩，若未低于，說(shuō)明懸掛器未坐落到位;同時(shí)測(cè)量壓板平面四個(gè)方向距套管頭上法蘭面高度，保證高度值在規(guī)定范圍內(nèi)和高度基本一致。

4 效果評(píng)價(jià)

①通過(guò)對(duì)多井次套管懸掛器密封失效問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出了密封失效原因，同時(shí)針對(duì)性的提出了密封失效治理措施，在密封失效后第一時(shí)間能夠及時(shí)處理，保證了井控安全、提高了作業(yè)時(shí)效;②治理不是根本目的，為徹底解決懸掛器失效問(wèn)題，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了探索性革新改進(jìn)并完善了安裝操作規(guī)程。至2016年開(kāi)始，新鉆井套管懸掛器未出現(xiàn)密封失效問(wèn)題，基本杜絕因螺釘松動(dòng)、人員誤操作造成的密封失效情況出現(xiàn);③按照套管懸掛器密封失效平均每年約7井次，單井時(shí)效延誤約2天（48h），鉆機(jī)作業(yè)日費(fèi)8萬(wàn)元/天/井次計(jì)算，密封失效每年可造成約112萬(wàn)元的額外成本投入。2016年-2018年技術(shù)革新后新鉆井基本杜絕了密封失效問(wèn)題，為分公司節(jié)約成本投入為336萬(wàn)元。

參考文獻(xiàn)：

[1]張夢(mèng)華.套管懸掛器密封失效原因及對(duì)策分析[J].油氣井測(cè)試，2011，20（3）：47-48.

作者簡(jiǎn)介：

張鵬（1986- ），男，本科，工程師，2009年獲西南石油大學(xué)石油工程學(xué)士學(xué)位，主要從事完井測(cè)試技術(shù)和井控裝備管理工作。