采用金屬雙法蘭對油層套管密封的工藝改進

張洪銘　張凱　麻少林　譚磊

摘 要：采用金屬FS雙法蘭復合密封新工藝解決油層套管椎掛器密封失效泄漏的問題，利用原先套管頭上的R54鋼圈槽，使得51/2"套管椎掛副密封與R54鋼圈密封之間形成一個封閉的環空，在封閉的環空中注入足量的FS密封脂，有效解決51/2"套管椎掛的密封問題，同時，對R54鋼圈也有較好的潤滑效果。現場壓井后，加裝雙法蘭密封連接頭試驗，密封效果良好，解決了油層套管椎掛密封失效竄漏的問題。

關鍵詞：雙法蘭；復合密封；套管；大四通

中圖分類號：TE88 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.105

油氣井經過較長時間生產后，由于表層套管腐蝕、固井水泥失效和套管椎掛器密封失效等，特別是井口大四通處出現油氣泄漏的情況時，不僅會污染生產現場的環境，還存在重大的安全隱患。尤其是西南地區，油氣井比較多，天然氣中含硫量比較高，不允許出現比較嚴重的油氣泄漏問題。因此，解決油層套管椎掛器錐掛密封失效的問題顯得尤為重要。通過分析川中油氣礦部分礦井井口油層套管泄漏問題，筆者提出采用金屬FS雙法蘭復合密封工藝解決，取得了良好的效果。

1 油層套管密封處常見的問題

在油氣礦井口的安全檢查中，經常發現井口大四通下法蘭與套管頭連接處存在油氣竄漏問題。這個問題的存在給礦井周邊帶來了較大的安全隱患，需要及時查明原因并整改，以確保生產安全。以川中油氣礦蓮2井油氣竄漏為例，按照作業程序，對該井進行泄壓并壓井，壓井后觀察足夠長的時間，發現無噴涌的可能，則用作業車提起大四通，觀察大四通下法蘭與套管頭的接觸面，查找天然氣泄漏點及其泄漏原因。簡易套管頭使用的BX156鋼圈槽無刺壞滲漏現象，而且發現天然氣是從套管椎掛器與套管頭之間的接觸面泄漏出來的。這說明，5-1/2"套管錐掛器主密封件已經失效，如圖1所示。拆開大四通后，檢查大四通法蘭與套管頭連接處，簡易套管頭使用的BX156鋼圈位于5-1/2"套管椎掛器本體上端面，沒有發現腐蝕和被刺的情況，而椎掛器主密封外沒有密封鋼圈，則初步判斷為椎掛器主密封失效后直接外漏，如圖2所示。

由于要取出5-1/2"套管椎掛器，不僅工藝復雜、成本太高，而且還存在較大的風險。目前，通常不采用上提套管錐掛器更換密封件的方式來解決泄漏問題，只能對泄漏點外增加密封，防止外漏。這種辦法的處理效果不好，且保持時間比較短，不能從根本上解決泄漏問題。

2 解決油層套管密封問題的原理

針對上述問題，采用金屬FS雙法蘭復合密封方法可以有效防止油層套管椎掛器密封的泄漏。其基本原理是，5-1/2"LCSG短節與套管器椎掛螺紋連接，外加金屬、橡膠圈復合密封件，形成副密封和金屬密封總成密封，大四通總成端面采用R54鋼圈密封，FS密封裝于大四通總成內腔內實現FS封閉，起到二次密封保護的作用。具體做法是：將5-1/2"LCSG短節用螺紋連接在原套管頭套管掛上，在短節外加裝金屬密封總成；大四通總成端面與原套管頭端面均有R54鋼圈密封；緊固套管頭與大四通的法蘭連接螺栓，迫使金屬密封圈和R54鋼圈變形，金屬封密在螺栓的壓迫下與套管短節抱緊，外與大四通內腔密封面貼緊。鋼圈同樣在螺栓的緊固下變形，上與大四通、下與原套管頭密封面貼緊。這樣做，就使得銅圈內與金屬密封總成外有一環空，利用這個環空往里注入一定量的密封脂。激發原套管頭椎掛器的主密封，達到5-1/2"套管內的壓力不能不竄至套管外，5-1/2"套管外的壓力激發了主密封也竄不到副密封的密封腔，因為R54鋼圈作用套管頭內部的壓力不會外泄。金屬FS雙法蘭密封副原理如圖3所示。

3 金屬FS雙法蘭復合密封副的結構

金屬FS雙法蘭復合密封副由法蘭盤、雙法蘭短節、密封鋼圈、套管短節、考克和壓力表等部件組成，如圖4所示。

雙法蘭短節下部與套管頭連接，利用底法蘭椎掛器外部原有R54密封鋼圈做一根雙法蘭短節，將椎掛器密封在內部，達到防止外漏的目的。上部與油管頭下法蘭連接，在此基礎上，增加一根5-1/2"套管短節，短節螺紋要與5-1/2"套管椎掛器螺紋相匹配。同時，要在雙法蘭短節與套管短節之間增加一組金屬密封和免注脂的橡膠密封。在雙法蘭短節本體上設金屬密封與橡膠密封的試壓口，以驗證兩道密封之間的密封情況。在雙法蘭短節與底法蘭環空上設3個1/2"NPT螺紋孔，其中一個裝考克、壓力表，觀察環空壓力；另外兩個孔作為環空注脂孔，可以對環空注脂或膠，增強椎掛器主密封的密封效果。

4 金屬FS雙法蘭復合密封副應用的效果

現場修復原套管頭有的R54鋼圈槽，雙法蘭內短節與原5-1/2"套管椎掛器螺紋連接，短節伸出部位用作椎掛器副密封，隔斷5-1/2"套管內與套管頭環空之間的壓力。副密封使用成熟的金屬密封結構，抗腐蝕和抗老化性能均優于純橡膠密封結構，使用壽命長。利用原來套管頭上的R54鋼圈槽，形成套管頭與雙法蘭密封連接頭的密封。這樣，5-1/2"套管椎掛副密封與R54鋼圈密封之間就形成了一個封閉的環空。

在這個封閉的環空中注入足量的密封脂，既激發了5-1/2"套管椎掛主密封的效果，又潤滑了R54鋼圈，兼顧了鋼圈密封效果。組合密封副安裝完成后，既可對環空進行試壓驗封，也可對副密封進行試壓驗封，以確保套管環空天然氣不會由副密封竄向環空，并由環空向R54鋼圈槽竄漏。該雙法蘭密封連接頭采用的組合密封件能滿足現場70 MPa以下井口裝置的套管椎掛失效密封的要求。

將這種方法應用于川中油氣礦蓮2井試驗中，井口壓力為35 MPa，密封效果良好。該方法解決了井口大四通套管椎掛失效、天然氣竄漏的問題，同時，在解決年16井等類似泄漏問題上采用該方法也取得了令人滿意的效果。

5 結論

金屬FS雙法蘭密封副結構簡單，安裝拆卸方便，且造價低廉，能有效節約安裝使用成本，能對井口大四通下法蘭處密封起到雙保險作用。在大四通處加裝金屬FS雙法蘭密封副，能解決原先需要拆卸安裝套管頭，更換套管椎掛器才能解決的泄漏問題。采用該工藝作業時間短、安全風險小。

在無法起出套管錐掛密封件更換的情況下，對于這部分，可以加裝復合密封件進行技術修補，提高密封性能。該工藝裝置能夠減少油氣泄漏引發的環境污染問題，節能環保的作用比較明顯。

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作者簡介：張洪銘（1969—），男，四川遂寧人，碩士研究生，工程師，主要從事油氣田開發、井下工藝研究工作。張凱，男，碩士研究生。麻少林，男，工程師，主要從事油氣田開發、井下工藝研究工作。譚磊，男，工程師，主要從事油氣田開發、井下工藝研究工作。

〔編輯：白潔〕