套管懸掛器密封失效統計分析及防治對策研究

張鵬 崔龍兵 劉銀雷 楊耀輝 張朋

摘 要：套管懸掛器是采油（氣）井口標準配置組件，密封失效會對鉆井、完井、采油階段造成較大井控風險，同時造成嚴重的時效延誤和額外的成本投入。通過對失效事件總結、統計和對典型案例分析，查找出了造成密封失效的根本原因。經過逐年創新探索實踐，西北油田分公司逐漸形成了一套成熟的、標準化的密封失效治理技術，同時為從根本上預防密封失效進行了專項研究和應用。“防治結合”降成本、創效益，2016-2018年，新鉆井懸掛器密封失效問題得到了有效遏制，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。

關鍵詞：套管;懸掛器密封;失效治理;失效預防

套管懸掛器是采油（氣）井口標準配置組件，它是安裝于套管頭內，通過楔形卡瓦夾持或通過螺紋連接套管達到懸掛套管目的的重要井口裝置。常用套管懸掛器均設計有密封機構，該密封機構與套管副密封、法蘭連接墊環組成環形密閉空間而實現連接部位的試壓檢測作業，懸掛器密封機構的可靠性和有效性對井口裝置的安全使用至關重要，反之，當套管懸掛器密封失效時，會對鉆井、完井、采油階段造成較大井控風險，密封失效整改更是造成嚴重的時效延誤和額外的成本投入。通過多年的探索實踐，西北油田分公司逐漸形成了一套成熟的、標準化的套管懸掛器密封失效治理技術，同時為從根本上預防和解決套管懸掛器密封失效問題提出了解決方案。

1 套管懸掛器類型

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、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（見圖1）依靠單錐面卡瓦②懸掛套管，依靠套管自重激發懸掛器密封⑤，懸掛器為剖分式、自鎖結構，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、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，依靠人工手動激發懸掛器密封⑤，懸掛器為剖分式、自鎖結構，密封位于懸掛器頂部，屬于手動激發式密封懸掛器，安裝快捷方便。

1.3 芯軸式套管懸掛器

技術、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，根據結構設計不同可分為依靠套管自重激發和頂絲激發兩種，密封性能可靠。

2 套管懸掛器密封失效統計分析

經不完全統計，2014年至2018年6月，西北油田分公司作業工區新鉆井和采油廠措施井共發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。平均每年發生懸掛器密封失效事件井數占鉆井總數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險。經現場施工總結，新鉆井階段密封失效處理平均需時2天，單井額外投入成本約16萬元;采油階段密封失效需上修作業一次，單井額外投入成本約20萬元，造成較大經濟損失，同時，密封失效還可能造成油氣無控制外流，無法保證井筒完整性。通過多井次現場跟蹤統計取樣分析，造成W型套管懸掛器密封失效的主要原因為密封橡膠長時間服役老化，造成WE型套管懸掛器密封失效的主要原因為安裝錯誤、螺釘松動和密封橡膠老化。

3 懸掛器密封失效防治對策研究

3.1 懸掛器密封失效治理技術

當套管懸掛器出現密封失效時，根據懸掛器類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解決，另外，還可采用更換套管頭、懸掛器的方式進行徹底治理。

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構特殊性，可采用更換懸掛器密封方式對失效進行處理。同時，為防止因井口震動螺釘松動造成的密封失效情況出現，可在原懸掛器基礎上加裝螺釘防松裝置;②當套管出現嚴重偏斜，WE型套管懸掛器壓板無法正常取出，無法更換密封時，可采用在懸掛器上部安裝輔助密封套的方式臨時解決（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構限制，無法采用常規更換密封的方式解決失效問題。可采用在懸掛器上部安裝輔助密封套的方式臨時解決。輔助密封套內通孔設計O型密封與套管外周配合實現密封，外周設計0型密封與套管頭內通孔配合實現密封，上部設計螺孔實現取送功能，當套管出現偏斜時，輔助密封套還可進行偏斜加工滿足安裝密封要求。

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失效問題進行“終極治理”，即“最后一招”。采用內撈矛上提套管，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 懸掛器密封失效預防技術研究

3.2.1 設備技術革新

因W型套管懸掛器無法采用更換密封方式對失效進行有效治理，從2014年開始西北油田分公司逐漸淘汰該種懸掛器，常規油井均采用WE型套管懸掛器。為有效預防WE型套管懸掛器密封失效，至2015年開始，在WE型套管懸掛器上部設計和安裝專用金屬密封套，實現懸掛器密封“雙關卡”，同時為防止因螺釘松動造成密封失效，對套管頭頂絲與懸掛器相對位置進行改進設計，保證頂絲能夠對懸掛器提供壓緊力。

3.2.2 完善操作規程

為保證WE型套管懸掛器安裝到位，除嚴格按照安裝說明書操作外，還應根據其懸掛器和套管頭結構設計采取目視觀察和輔助測量手段。如江蘇金石生產懸掛器安裝完成后，目視觀察壓板平面是否低于套管頭內通孔第一個臺肩，若未低于，說明懸掛器未坐落到位;同時測量壓板平面四個方向距套管頭上法蘭面高度，保證高度值在規定范圍內和高度基本一致。

4 效果評價

①通過對多井次套管懸掛器密封失效問題進行統計分析，找出了密封失效原因，同時針對性的提出了密封失效治理措施，在密封失效后第一時間能夠及時處理，保證了井控安全、提高了作業時效;②治理不是根本目的，為徹底解決懸掛器失效問題，對設備進行了探索性革新改進并完善了安裝操作規程。至2016年開始，新鉆井套管懸掛器未出現密封失效問題，基本杜絕因螺釘松動、人員誤操作造成的密封失效情況出現;③按照套管懸掛器密封失效平均每年約7井次，單井時效延誤約2天（48h），鉆機作業日費8萬元/天/井次計算，密封失效每年可造成約112萬元的額外成本投入。2016年-2018年技術革新后新鉆井基本杜絕了密封失效問題，為分公司節約成本投入為336萬元。

參考文獻：

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

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。