WE套管懸掛器螺釘防松裝置的研制與應用

摘 要：WE套管懸掛器是塔河油田廣泛使用的一種套管懸掛器，該種類型懸掛器依靠卡瓦懸掛套管，通過擰緊上部環周內六角螺釘激發方形橡膠而實現密封，結構簡單，安裝方便，但在使用過程中時常出現懸掛器密封失效問題，影響了完井時效，造成了較大井控風險。經過多井次對比、總結和分析，WE套管懸掛器密封失效主要是因鉆井過程中井口震動導致螺釘松動，方形橡膠預壓力不足，二次試壓時壓力將橡膠刺穿造成。為徹底解決WE套管懸掛器因螺釘松動造成的密封失效問題，設計加工螺釘防松裝置。

關鍵詞：套管懸掛器;密封失效;防松裝置

1 現狀問題

WE套管懸掛器是塔河油田廣泛使用的一種套管懸掛器，經不完全統計，2010年-2016年，WE套管懸掛器出現密封失效問題平均每年約12井次，套管懸掛器密封失效造成了較大井控風險，影響了完井時效，經過多井次對比、總結和分析，WE套管懸掛器密封失效主要是因鉆井過程中井口震動導致螺釘松動，方形橡膠預壓力不足，當有壓力時將橡膠刺穿造成。為徹底解決WE套管懸掛器因螺釘松動造成的密封失效問題，設計加工螺釘防松裝置。

2 裝置設計

從不改變WE套管懸掛器結構、密封方式和安裝方法入手，設計外加防松裝置，要求：①原理上通過對壓緊螺釘進行固定，防止螺釘回轉松動;②安裝上盡量操作方便，實現了WE套管懸掛器密封正常。

2.1 設計思路

WE套管懸掛器主要由懸掛器本體、卡瓦、壓板、方形橡膠和內六角螺釘組成（見圖1），為保證螺釘不發生轉動，需在螺釘上部設計加裝防松裝置，因單個螺釘加裝防轉裝置無支撐點，三個或多個螺釘同時加裝防松裝置，不便于裝置的設計和安裝，因此研究采用兩個螺釘同時加裝防松裝置，并采用“螃蟹效應”，互相牽制，防止螺釘發生回轉松動。

2.2 產品設計

WE套管懸掛器安裝后，套管和套管頭間間隙僅約45mm（安裝寬度），套管頭上法蘭和壓板距離約75mm（安裝深度），因空間限制，裝置設計時除了需考慮達到螺釘防松的目的，同時還需重點考慮結構簡單和安裝方便。

2.2.1 螺釘套設計

螺釘套由兩個圓柱筒和連接軸組成，“連接軸”通過螺紋將兩個“圓柱筒”連接，可通過旋轉調節圓柱筒間距離;圓柱筒內徑與懸掛器螺釘外徑緊密配合，圓柱筒上端“防跳軸銷孔”與連接軸平行，用于安裝“防跳軸銷”;“防轉軸銷槽”與防跳軸銷孔呈30°角，用于安裝鎖釘;兩個圓柱筒上“防轉軸銷槽”呈120°，預留操作空間便于安裝鎖釘。

2.2.2 鎖釘設計

鎖釘由外六方和防轉軸銷組成，“外六方”上設計“防轉軸銷孔”，防轉軸銷孔中心線與外六方對邊平齊;“防轉軸銷”穿入防轉軸銷孔，通過焊接方式與外六方固定連接，防轉軸銷伸出外六方外部長度相同，焊接時保證防轉軸銷與外六方對邊平齊;防轉軸銷與螺釘套圓柱筒上“防轉軸銷槽”配合，外六方與懸掛器螺釘上部內六方配合。

2.3 工作原理

“防轉軸銷”與“防轉軸銷槽”配合、外六方與懸掛器螺釘上部內六方配合實現“防轉”。當懸掛器螺釘A出現回轉松動傾向時，回轉扭矩通過懸掛器螺釘內六方傳遞至鎖釘外六方，后扭矩依次傳遞至防轉軸銷，圓柱筒和連接軸，當傳遞至另一個圓柱筒時，懸掛器螺釘B提供反向扭矩，防止懸掛器螺釘A轉動。“防跳軸銷”穿過“防跳軸銷孔”實現“防跳”，當井口震動鎖釘出現上跳傾向時，防跳軸銷可阻止鎖釘上跳。

3 成果及應用

2016年WE套管懸掛器螺釘防松裝置開始試驗使用，至2019年在油田工區共使用80余井次，有效徹底解決了螺釘松動造成的密封失效問題，能夠保證井口裝置經過反復多次井筒作業仍試壓合格，消除了井控風險，安全效益巨大。同時該裝置具有結構簡單，安裝快捷方便，可靠性高、成本低的特點，可廣泛推廣使用。

作者簡介：

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