國(guó)產(chǎn)140MPa高性能采氣井口結(jié)構(gòu)分析及應(yīng)用

崔龍兵 張鵬 劉練

摘 要：位于塔里木盆地中央隆起帶東部塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶下盤卡塔克隆起北斜坡的順南區(qū)塊由于埋藏超深、地層壓力超過140MPa，地層溫度超過200℃，采氣井口采用140MPa，為了經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，逐步實(shí)踐了國(guó)產(chǎn)替代，本文通過對(duì)采氣井口結(jié)構(gòu)對(duì)比分析，為下一步140MPa及以上級(jí)別井口的國(guó)產(chǎn)化提供支撐。

關(guān)鍵詞：采氣井口;采氣四通;試壓結(jié)構(gòu);試壓方式

1 國(guó)產(chǎn)采氣井口

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1.1 油管掛處密封結(jié)構(gòu)

國(guó)內(nèi)某廠家140MPa采氣井口油管掛處結(jié)構(gòu)如圖1，從圖中可以看出，油管掛與1#組合閥密封有3處，其中頂部為RGM型金屬密封，其余兩處為FS密封，油管掛與采氣四通密封3處，其中下部為DCM金屬密封，其余兩處為FS密封，共對(duì)應(yīng)5個(gè)試壓孔，各試壓孔作用見圖1。油管懸掛器與油管四通本體金屬密封坐掛采用雙限位結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一次應(yīng)用于140MPa采氣井口，雙限位油管懸掛器既可保證油管懸掛器下部金屬過盈量的激發(fā)同時(shí)也能保證油管懸掛器延長(zhǎng)頸處的金屬密封過盈的激發(fā)，避免了以往常規(guī)油管懸掛器上下金屬密封擠壓變形不可控制的弊端，而且該結(jié)構(gòu)在安裝后各部位的間隙為0，可以有效防止溫差對(duì)井口密封部位的影響，該結(jié)構(gòu)能夠很好的保證懸掛器更為可靠的密封性能。

1.1.2 套管密封結(jié)構(gòu)

套管（芯軸式懸掛器）密封共3處，共對(duì)應(yīng)3個(gè)試壓孔，油管四通底部采用1道DCM型金屬密封圈，往上2道FS型的二次密封圈，用于檢驗(yàn)每一道二次密封圈的密封性能。

1.2 試壓方式

①油管掛處密封試壓方式。根據(jù)采氣井口原設(shè)計(jì)方案，可對(duì)油管掛處每處密封進(jìn)行試壓作業(yè)，以驗(yàn)證每道密封的可靠性;②套管密封端試壓方式。對(duì)三個(gè)試壓孔均進(jìn)行試壓作業(yè)，無觀察孔。

2 進(jìn)口A公司采氣井口

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1.1 油管掛處密封結(jié)構(gòu)

油管掛與1#組合閥采用套式密封2組，其中上部為V型金屬密封，下部為O型密封（帶支撐墊片），油管掛與采氣四通采用套式密封2組，其中下部為V型金屬密封，上部為S密封，共對(duì)應(yīng)1個(gè)試壓孔和1個(gè)觀察孔。

試壓孔①用于檢驗(yàn)O型密封、S型密封和法蘭墊環(huán)密封性，觀察孔②試壓時(shí)處于打開狀態(tài)，能夠觀察O型密封是否正常密封。

2.1.2 套管密封結(jié)構(gòu)

套管（芯軸式懸掛器）采用套式密封3組，共對(duì)應(yīng)2個(gè)試壓孔和1個(gè)觀察孔。

試壓孔①用于檢驗(yàn)上S型密封組和V型金屬密封密封性，試壓孔②用于檢驗(yàn)下S型密封組、法蘭墊環(huán)和套管懸掛器密封密封性，觀察孔③試壓時(shí)處于打開狀態(tài)，能夠觀察V型金屬密封和下S型密封組是否正常密封。

2.2 試壓方式

油管掛處密封通過試壓孔①對(duì)O型密封、S型密封和法蘭墊環(huán)密封試壓，試壓時(shí)打開觀察孔②。

套管密封通過試壓孔①對(duì)V型金屬密封和上部S型密封試壓，通過試壓孔②對(duì)S型密封組、法蘭墊環(huán)和套管懸掛器密封試壓，試壓時(shí)打開觀察孔③。

3 進(jìn)口B公司采氣井口

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

油管掛處密封結(jié)構(gòu)：油管掛與轉(zhuǎn)換蓋板法蘭采用2組密封，其中上部為SRL金屬密封，下部為U型杯式金屬密封，油管掛與采氣四通采用1組金屬密封，共對(duì)應(yīng)1個(gè)試壓孔和1個(gè)觀察孔。試壓孔①用于檢驗(yàn)U型杯式金屬密封、下部環(huán)空金屬密封和法蘭墊環(huán)密封性，觀察孔②試壓時(shí)處于打開狀態(tài)，能夠觀察U型杯式金屬密封是否正常密封。

套管密封結(jié)構(gòu)：套管（芯軸式懸掛器）采用1組CAHN

金屬密封，共對(duì)應(yīng)1個(gè)試壓孔，無觀察孔。

3.2 試壓方式

油管掛處密封：通過試壓孔①對(duì)U型杯式金屬密封、下部環(huán)空金屬密封和法蘭墊環(huán)密封試壓，試壓時(shí)打開觀察孔②。

套管密封：通過試壓孔對(duì)CAHN金屬密封、法蘭墊環(huán)和套管懸掛密封試壓。

4 國(guó)產(chǎn)井口與進(jìn)口井口對(duì)比

①國(guó)產(chǎn)140MPa采氣井口采氣四通密封結(jié)構(gòu)及試壓方式考慮周全，實(shí)現(xiàn)每道密封均可試壓。在保證金屬過盈量充分密封的情況下，通過考慮到油管掛和四通本體之間的配合間隙，油管掛在坐掛過程中不遇卡。油管懸掛器與油管四通本體金屬密封坐掛采用雙限位結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在安裝到位擠壓變形后各部位的間隙接近于0;②國(guó)產(chǎn)140MPa采氣井口油管掛設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。判斷上下金屬密封圈的過盈量較為困難，油管掛上下金屬密封圈與四通本體和1號(hào)主閥之間的配合間隙較難掌握，存在油管掛上下金屬密封圈擠壓變形不可控制的弊端;③根據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)，國(guó)產(chǎn)140MPa采氣井口密封數(shù)達(dá)到9個(gè)，試壓孔達(dá)8個(gè)，無觀察孔，高壓高產(chǎn)氣井對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較進(jìn)口A公司和進(jìn)口B公司多。

5 應(yīng)用及改進(jìn)

5.1 國(guó)產(chǎn)140MPa井口應(yīng)用失敗案例

國(guó)產(chǎn)140MPa高性能采氣井口先后在順南區(qū)塊和順北區(qū)塊多井使用：2015-2019年共計(jì)使用國(guó)產(chǎn)140MPa高性能采氣井口7井次，6井次成功，1井次失敗。

原因分析：①井口安裝不到位是造成試壓孔刺漏的根本原因。在對(duì)油管掛上金屬密封進(jìn)行第一次試壓，打壓至44MPa（與井口壓力40.6MPa非常接近）時(shí)壓力不再上升，說明此時(shí)該密閉空間內(nèi)井口安裝不到位存在漏點(diǎn);②由于該結(jié)構(gòu)保證油管懸掛器下部金屬密封過盈量激發(fā)的同時(shí)，也要保證油管懸掛器延長(zhǎng)頸處的金屬密封過盈的激發(fā)，該結(jié)構(gòu)在安裝到位擠壓變形后各部位的間隙接近于0，高壓試壓下油管掛可能向下發(fā)生一定的位移，造成頂部金屬密封密封失效。

改進(jìn)措施：XX7井后續(xù)裝井口時(shí)對(duì)1、2、3孔進(jìn)行試壓作業(yè)，4、5孔作為觀察孔使用，試壓合格。經(jīng)與國(guó)產(chǎn)廠家結(jié)合后續(xù)確定試壓孔為1、2、5孔，不再對(duì)油管掛頂部金屬密封進(jìn)行試壓作業(yè)，3、5孔可作為觀察孔使用，后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)試壓成功。

5.2 改進(jìn)及應(yīng)用情況

通過統(tǒng)計(jì)分析國(guó)產(chǎn)140MPa采氣井口使用異常事件，對(duì)其進(jìn)行了性能改進(jìn)，主要改進(jìn)如下：

①試壓孔改進(jìn)：原國(guó)產(chǎn)140MPa采氣井口四通上法蘭+采氣樹1號(hào)閥下法蘭一共設(shè)置5個(gè)試壓孔。經(jīng)過改進(jìn)將原來的5個(gè)試壓孔改為1個(gè)試壓孔，減少滲漏風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn);②開關(guān)省力機(jī)構(gòu)改進(jìn)：原國(guó)產(chǎn)140MPa采氣井口配備的未帶省力結(jié)構(gòu)閥門開關(guān)扭矩400N/m，開關(guān)力矩較大不便于操作;帶常規(guī)齒輪傳動(dòng)省力結(jié)構(gòu)的開關(guān)圈數(shù)在100圈以上，省力但開關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)。改進(jìn)閥門驅(qū)動(dòng)部分，采用既開關(guān)力矩小又開關(guān)圈數(shù)少的滾珠絲杠，開關(guān)扭矩在260N/m，開關(guān)圈數(shù)14.5圈，大大提升了閥門開關(guān)效率;③閥門密封改進(jìn)：針對(duì)如XX蓬1井閥板閥座密封面損傷造成閥門滲漏問題，對(duì)密封面硬度和閥板閥座配合間隙進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升金屬密封面抗惡劣工況能力;針對(duì)如XX53井閥門無法正常關(guān)閉問題，對(duì)閥板閥座密封面粗糙度和驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，防止相同問題再次發(fā)生。

6 結(jié)論

①國(guó)產(chǎn)140MPa高性能采氣井口在使用中逐步改進(jìn)優(yōu)化，能夠滿足分公司三高氣井使用需求，技術(shù)成熟性能夠替代進(jìn)口井口，具有推廣意義;②高性能采氣井口國(guó)產(chǎn)化能夠大大節(jié)約成本投入，國(guó)產(chǎn)井口價(jià)格與進(jìn)口相比降低了60%，性價(jià)比較高;③為保障作業(yè)安全和快速處理異常問題，高性能采氣井口閥門應(yīng)進(jìn)一步考慮遠(yuǎn)程操控，向智能化和自動(dòng)化邁進(jìn)，需開展調(diào)研和系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)。

作者簡(jiǎn)介：

崔龍兵（1968- ），男，碩士，高級(jí)工程師，2006年獲西南石油學(xué)院石油與天然氣工程專業(yè)工程碩士學(xué)位，主要從事石油天然氣開發(fā)研究及完井測(cè)試技術(shù)及管理工作。